Circuit en parallèle/en série
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Présentation de l'expérience
Que se passe-t-il si on branche des composants électroniques (ampoules, leds, moteurs, ...) de différentes façons ? On va comparer ici un montage en parallèle et un montage en série.
Matériel
(par enfant/groupe)
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2 leds
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2 ampoules
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des fils électriques
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1 pile
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2 interrupteurs
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2 moteurs électriques (petits, pouvant être alimentés par la pile)
-
Un voltmètre/multimètre
L'expérience
La manipulation
Le principe est de comparer les circuits selon que les composants sont branchés en série ou en parallèle. C'est à dire :
- En série : si les composants se suivent
- En parallèle : si les composants sont reliés aux mêmes endroits
Si on prend l'exemple d'une LED :
En série, on relie :
- la borne + de la pile à l'anode de la première LED (la patte la plus longue, la borne positive)
- la cathode (la petite patte, la borne négative) à l'anode de la seconde LED
- la cathode de la seconde LED à la borne - de la pile
Le but est d'avoir les 2 LEDs qui se suivent : elles sont en série.
En parallèle, on relie :
- la borne + aux 2 anodes : les pattes les plus longues des LED doivent être reliées au même fil
- de même pour les cathodes : elles doivent être reliées par le même fil à la borne -
Le but est d'avoir les 2 LEDs branchées aux mêmes endroits : elles sont en parallèle.
On reprend la même méthode avec tous les composants.
Avec le voltmètre/multimètre on pourra observer les différences de tension électrique selon le montage. Pour se faire, il faut relier :
- la borne rouge (c'est à dire + ou V) du multimètre/voltmètre à l'endroit du circuit d'où arrive le courant
- la borne noire (COM) du multimètre/voltmètre à l'endroit où part le courant.
Par exemple, pour vérifier une pile, on branche la borne V à la borne + de la pile et COM au -. Pour une LED, on reliera l'anode à la borne V et la cathode à la COM.
Que voit-on ?
On constate que certains composants ne fonctionnent pas du tout si ils sont mis en série (par exemple les leds) alors que certains fonctionnent moins biens (les ampoules ou les moteurs). Lorsqu'il s'agit de circuit en parallèle tous les composants fonctionnent normalement sauf les interrupteurs où lorsqu'un est fermé, l'autre ne sert à rien.
Explications
Lorsqu'un circuit est branché en parallèle, la tension est la même dans les 2 parties : les composants fonctionnent avec la même tension et ont un fonctionnement normal. Ainsi, les moteurs tournent à la même vitesse et les ampoules éclairent normalement. Par contre, les interrupteurs sont inefficaces : si le courant passe par l'un des interrupteurs (s'il est fermé), le second interrupteur n'a aucune incidence.
Par contre, si le circuit est en série, la tension va être diminuée de la tension de fonctionnement du premier composant, le reste du circuit étant alimenté avec ce qu'il restera. Les moteurs tournent moins vite (voire ne tournent pas), les ampoules éclairent très peu et les LED ne s'allument pas : elles ont besoin d'une tension minimale à leur borne, en-dessous de cette tension, la LED ne s'allume pas du tout.
Cela fonctionne un peu à la façon d'une rivière, qui sera plus puissante au début de sa course et moins en fin (le principe d'un branchement en série) alors que si on divise le flux d'eau en 2, il y aura autant de force de chaque côté (principe d'un branchement en parallèle).
Questions sans réponses
Y a-t-il d'autres composants simples où l'effet est très visible ?
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Applications : liens avec le quotidien
Il s'agit de comprendre les bases de l'électricité : on trouve des applications dans de nombreux domaines. Par exemple, mettre 2 interrupteurs en série crée un système de va-et-vient : interdit aujourd'hui, le système fut très utilisé. Autre exemple : dans les éclairages, on branche les lumières en parallèle afin de ne pas diviser le courant de la source entre toutes les lampes mais de délivrer la même intensité, et donc d'obtenir un éclairage aussi puissant, pour chaque lampe.
Lieux propices à sa réalisation
N'importe où tant que les matériel est là.
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