Définition et exemples de circuits en série

Publié le 18 janvier, 2024

Qu’est-ce qu’un circuit en série?

Un circuit est un chemin circulaire à travers lequel les électrons peuvent circuler pour produire de l’électricité. Un circuit peut être un circuit série ou un circuit parallèle. Qu’est-ce qu’un circuit série? Une définition de circuit en série est un circuit sans branches, à travers lequel tout le courant peut circuler dans tout le circuit sans se séparer. Un circuit parallèle se ramifiera, divisant le courant. Cela signifie que dans un circuit en série, le courant reste le même tout au long de la boucle. Pour mesurer la puissance électrique, il est important de comprendre trois termes: courant, résistance et tension.

Le courant est le flux d’électrons. Il est mesuré en ampères, qui mesure le nombre de charges se déplaçant dans le fil par seconde. La résistance est une force qui s’oppose au courant. Il se mesure en ohms ou en nombre de volts par ampère. La résistance est utilisée dans les circuits pour transformer l’énergie contenue dans les fils en ce pour quoi elle doit être utilisée dans un appareil (comme la lumière ou la chaleur). La tension est une mesure de la quantité d’énergie nécessaire pour déplacer une charge électrique d’un point à un autre, et elle se mesure en volts.

Les circuits en série sont utilisés dans diverses applications. Il s’agit notamment des thermostats, des chauffe-eau, des réfrigérateurs et de la plupart des interrupteurs.

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Circuits série ou parallèle

Les deux types de circuits sont en série et en parallèle. Qu’est-ce qu’un circuit parallèle? Une définition de circuit parallèle est un circuit qui se divise en branches individuelles. Il complète toujours un cercle, mais avec des branches qui se bouclent les unes sur les autres. Lorsque vous examinez les appareils connectés dans un circuit série ou parallèle, dans un circuit en série, les appareils seront connectés les uns après les autres, tandis que dans un circuit parallèle, les appareils se diviseront pour être connectés au circuit principal. Un exemple de circuit parallèle est celui des phares de voiture. Si les phares de la voiture étaient câblés en série et que l’un d’entre eux tombait en panne, les deux tomberaient en panne. Avec les phares câblés en circuits parallèles, l’un peut tomber en panne sans affecter l’autre, garantissant ainsi qu’en conduisant la nuit, le conducteur ne sera pas soudainement plongé dans l’obscurité avec les deux phares tombant en panne en même temps.

En examinant le câblage série/parallèle, le type de circuit peut être déterminé. Si le câblage peut être étiré en une seule ligne avec chaque appareil ou résistance aligné, alors il s’agit d’un circuit en série. Ce câblage permet aux électrons de circuler (le courant) selon une ligne constante et régulière. Si le câblage est divisé en branches individuelles pour chacun des appareils, il s’agit alors d’un circuit parallèle. Chaque branche divisera le flux d’électrons. Le terme série explique que les appareils sont alignés en série, tandis que le terme parallèle explique que les appareils sont alignés parallèlement les uns aux autres.

Les lignes en zigzag représentent des résistances. Notez que dans un circuit en série, ces résistances se succèdent, tandis que dans un circuit parallèle, ces résistances se ramifient et sont parallèles les unes aux autres.

Image de circuits série et parallèle


Un circuit peut être ouvert ou fermé. Un circuit ouvert ne fait pas de boucle, donc le courant ne peut pas continuer à faire une boucle autour du circuit, ce qui donne un courant de 0. Un circuit fermé est en boucle, donc le courant le traverse. Dans un circuit en série, ce courant reste constant dans tout le circuit. En circuit ouvert, le courant est nul et la résistance est infinie. Ce circuit est considéré comme « éteint », aucun électron ne circulant à travers la ligne. En circuit fermé, le courant est toujours constant, mais il n’est plus nul. La résistance est également non infinie. Ce circuit est considéré comme « activé », car les électrons peuvent circuler à travers la ligne.

Lorsqu’une ampoule est éteinte, la boucle du circuit a été rompue avec l’interrupteur, créant un circuit ouvert. Cela provoque l’extinction de l’ampoule. Lorsque l’ampoule est rallumée, la boucle du circuit est à nouveau créée, créant ainsi un circuit fermé.


Lors du calcul du courant, de la résistance et de la tension dans un circuit, la loi d’Ohm peut être appliquée. La loi d’Ohm est une formule utilisée pour comparer la tension, la résistance et le courant. La formule est {eq}I = \frac{E}{R} {/eq}, où :

  • je suis à jour
  • E est la tension
  • R est la résistance

Cette formule peut être réorganisée pour résoudre n’importe laquelle des variables :

{eq}R = \frac{E}{I} {/eq}

{eq}E = I \times R {/eq}

L’application de cette loi permet d’utiliser les règles relatives aux circuits en série pour déterminer la résistance dans un circuit et dans des résistances individuelles (si le courant et la tension sont connus). Le courant reste stable tout au long du circuit. Cela signifie que s’il y a un circuit avec un courant de 15 ampères, même s’il y a 100 résistances dans le circuit, chaque résistance et section du circuit aura 15 ampères de courant. Ainsi, si la tension de chaque résistance individuelle est connue, alors la résistance de chaque résistance peut être calculée.

Si un circuit a un courant de 20 microampères et trois résistances, chacune avec la tension suivante, la résistance de chacune peut être calculée :

  • 1,5 V : {eq}R = \frac{1.5}{20} = 0,075 {/eq}, 0,075 kilo-ohms ou 75 Ohms
  • 5 V : {eq}R = \frac{5}{20} = 0,25 {/eq}, 0,25 kilo-ohms ou 250 Ohms
  • 4 V : {eq}R = \frac{4}{20} = 0,2 {/eq}, 0,2 kilo-ohms ou 200 Ohms

Une autre règle importante dans le calcul de la résistance est que, dans un circuit en série, la somme des résistances individuelles est égale à la résistance totale du circuit. Si un circuit en série comporte 3 résistances, avec les résistances suivantes, alors la résistance totale peut être calculée :

  • 3 kilo-ohms
  • 5 kilo-ohms
  • 9 kilo-ohms

La résistance totale dans le circuit est égale à {eq}3 + 5 + 9 = 17 {/eq}, soit la résistance totale de 17 kilo-ohms.


La loi d’Ohm et la règle de la somme peuvent également être appliquées à la tension dans le circuit. Si la résistance et le courant de chaque résistance sont connus, alors la tension chute aux bornes de chaque résistance et la tension totale peut être calculée. Ces deux règles pour la tension sont :

  • La tension, dans chaque résistance et dans l’ensemble du circuit, peut être calculée à l’aide de la loi d’Ohm où la tension est égale au courant multiplié par la résistance.
  • La tension totale est égale à la somme des chutes de tension aux bornes de chaque résistance.

Dans un circuit en série avec un courant de 60 ampères et une résistance totale de 20 ohms, la tension totale peut être calculée à l’aide de la loi d’Ohm :

{éq}60 \times 20 = 1200 {/eq}

La tension totale est de 1 200 volts, soit 1,2 kilovolts.


Un tableau est une méthode utile pour calculer la tension, le courant et la résistance totale et individuelle dans un circuit et chaque résistance.

Résistance 1 Résistance 2 Résistance 3 Total
Tension
Actuel
Résistance

Exemple 1

Un circuit série possède:

  • Une batterie de 10 volts
  • Trois résistances

    • Résistance 1 : 5 kilo-ohms
    • Résistance 2 : 6 kilo-ohms
    • Résistance 3 : 8 kilo-ohms

Remplissez toutes les informations connues dans le tableau :

Résistance 1 Résistance 2 Résistance 3 Total
Tension dix
Actuel
Résistance 5 6 8

Additionnez les résistances individuelles pour trouver la résistance totale :

Résistance 1 Résistance 2 Résistance 3 Total
Tension dix
Actuel
Résistance 5 6 8 19

Utilisez la loi d’Ohm pour trouver le courant :

{eq}I=\frac{E}{R}=\frac{10}{19}=0,53 {/eq}

Résistance 1 Résistance 2 Résistance 3 Total
Tension dix
Actuel 0,53
Résistance 5 6 8 19

Le courant est le même entre toutes les résistances :

Résistance 1 Résistance 2 Résistance 3 Total
Tension dix
Actuel 0,53 0,53 0,53 0,53
Résistance 5 6 8 19

Utilisez la loi d’Ohm pour trouver les tensions individuelles :

  • {eq}E = I \times R = 5 \times 0,53 = 2,65 {/eq}
  • {eq}E = I \times R = 6 \times 0,53 = 3,18 {/eq}
  • {eq}E = I \times R = 8 \times 0,53 = 4,24 {/eq}
Résistance 1 Résistance 2 Résistance 3 Total
Tension 2,65 3.18 4.24 dix
Actuel 0,53 0,53 0,53 0,53
Résistance 5 6 8 19

Vérifiez les calculs en voyant si la tension individuelle chute égale à 10 volts :

{éq}2,65+3,18+4,24 = 10,03 {/éq}

En raison d’erreurs d’arrondi, ce n’est pas exact, mais c’est assez proche. Désormais toutes les informations sur ce circuit série sont connues:

  • Il est alimenté par une batterie de 10 volts
  • La tension chute aux bornes de chaque résistance, elle chute de 2,65 volts aux bornes de la première, de 3,18 volts aux bornes de la seconde et de 4,24 volts aux bornes de la troisième, pour une chute totale de 10 volts.
  • Le courant dans tout le circuit est de 0,53 ampères
  • La résistance totale du circuit est de 19 ohms
  • La résistance 1 ajoute une résistance de 5 ohms
  • La résistance 2 ajoute une résistance de 6 ohms
  • La résistance 3 ajoute une résistance de 8 ohms

Exemple 2

Une batterie permet d’allumer 2 ampoules connectées en série. La batterie est une pile de 9 volts, avec une chute de tension de 4,5 volts aux bornes de chaque ampoule. Le courant dans tout le circuit est de 0,3 ampère. Quelle est la résistance de chaque ampoule?

Résistance 1 Résistance 2 Total
Tension 4.5 4.5 9
Actuel 0,3 0,3 0,3
Résistance

Utilisez la loi d’Ohm pour trouver les résistances individuelles :

{eq}R = \frac{E}{I} = \frac{4.5}{0.3}=15 {/eq}

La résistance dans chaque ampoule est la même car la tension et le courant sont les mêmes, avec 15 ohms. La résistance totale est de 30 ohms ({eq}15+15=30 {/eq}).

Résistance 1 Résistance 2 Total
Tension 4.5 4.5 9
Actuel 0,3 0,3 0,3
Résistance 15 15 30

Ce circuit comporte:

  • Une pile de 9 volts
  • Un courant de 0,3 ampère
  • 2 ampoules
  • Chaque ampoule a une chute de tension de 4,5 volts et une résistance de 15 ohms


Un circuit est une voie traversée par les électrons, créant de l’énergie électrique. Cela peut être en série ou en parallèle. Un circuit en série place chaque résistance en ligne le long du circuit, l’une après l’autre, sans dérivations. Tandis qu’un circuit parallèle dérive chaque résistance. Lorsqu’un circuit est fermé, il crée une boucle dans laquelle le courant peut circuler et il est considéré comme étant activé. Lorsqu’un circuit est ouvert, la boucle est rompue et le courant ne peut pas la traverser, elle est donc considérée comme coupée.

Dans un circuit en série, la tension, la résistance et le courant suivent la loi d’Ohm. La loi d’Ohm est une formule qui décrit la relation et les proportions entre le courant, la tension et la résistance. Dans un circuit en série, le courant, la tension et la résistance suivent ces règles :

  • Le courant est égal à la tension divisée par la résistance
  • Le courant est constant dans tout le circuit
  • La tension est égale au courant multiplié par la résistance
  • La chute de tension aux bornes de chaque résistance est égale à la tension totale du circuit
  • La résistance est égale à la tension divisée par le courant
  • La résistance totale est égale à la somme des résistances individuelles de chaque résistance

Chaque résistance d’un circuit a une résistance spécifique, et lorsque le flux d’électrons traverse chaque résistance, il y a une chute de tension aux bornes de chaque résistance.



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Voies du circuit

Est ce que ça t’es déjà arrivé? Vous vous préparez à recevoir des amis pour le dîner et vous vous précipitez pour que tout soit terminé avant leur arrivée. Vous avez toutes les lumières allumées, votre four cuit des aliments, votre musique retentit et vous vous séchez les cheveux. Tout d’un coup, tout s’éteint et vous vous retrouvez dans le noir !

Cela s’est produit parce que vous avez surchargé le circuit qui faisait fonctionner les lumières, le four, la radio et le sèche-cheveux. Un circuit est un chemin par lequel les électrons peuvent circuler. C’est ce qui fournit de l’électricité à vos lumières, four, radio, sèche-cheveux et autres objets de votre maison via les prises auxquelles vous les branchez.

Il existe deux manières de connecter les éléments le long d’un circuit: en série ou en parallèle. Un circuit parallèle connecte les appareils le long de chemins ramifiés, ce qui fournit des chemins séparés pour la circulation des électrons. Un circuit en série connecte les appareils en série, fournissant ainsi une seule voie pour le mouvement des électrons. Nous explorerons les circuits parallèles en détail dans une autre leçon. Pour l’instant, nous allons nous concentrer sur le fonctionnement des circuits en série pour alimenter les appareils.

Une voie unique

Pensez à un circuit en série comme passer par la sécurité d’un aéroport. Pour accéder à votre avion, vous devez vous arrêter à une série de points de contrôle et le faire dans un certain ordre. Tant que chaque station est ouverte, vous pouvez vous déplacer assez facilement sur le chemin du point de contrôle. Mais si, pour une raison quelconque, le couloir menant à la gare suivante est fermé, par exemple à cause de travaux, vous devez vous arrêter et ne pouvez plus rejoindre votre avion.

Cela est également vrai pour un circuit en série, mais les termes sont inversés. Un circuit fermé est un circuit parcouru par un courant, et un circuit ouvert est un circuit sans courant. Nous disons que le « circuit » est fermé ou ouvert, mais en réalité nous parlons d’un interrupteur fermé ou ouvert. Si l’interrupteur est ouvert, la boucle n’est pas connectée, donc il n’y a pas de courant. Mais si nous fermons l’interrupteur, nous complétons le circuit en fermant la boucle afin que le courant puisse la traverser.

Fermer ou ouvrir le circuit est aussi simple que d’actionner un interrupteur. Lorsque vous basculez l’interrupteur sur la position « ON », cela complète le circuit et ferme la boucle, fournissant du courant à vos plafonniers. Lorsque vous placez l’interrupteur sur la position « OFF », vous ouvrez le circuit et aucun courant ne circule vers les lumières.

Nous pouvons construire un circuit en série simple avec une batterie et quelques ampoules. Lorsque l’interrupteur est fermé, le circuit est alimenté et les ampoules s’allument. Le courant circule à travers chaque ampoule, de la borne négative de la batterie à la borne positive. Et comme il n’y a qu’un seul chemin, le courant est le même dans chaque partie du circuit, même dans la batterie.

Mais que se passe-t-il si vous coupez le circuit? Le flux d’électrons s’arrête et il n’y a plus de courant dans le circuit. Si vous ouvrez l’interrupteur ou qu’une des ampoules s’éteint, c’est tout le circuit qui est affecté. C’est la même raison pour laquelle une guirlande lumineuse pour arbre de Noël ne fonctionnera pas si une seule des ampoules est grillée: elles sont toutes connectées en série, de sorte que le courant cesse également de circuler vers le reste des ampoules.

La résistance est futile

Vous avez peut-être remarqué que plus vous connectez de lumières à un circuit en série, plus chaque lumière devient faible. En effet, chaque ampoule offre une résistance au courant. Il s’agit d’une opposition du mouvement des électrons à travers l’appareil. Lorsqu’il rencontre chaque ampoule, le courant est combattu par la résistance de chaque ampoule et a moins d’énergie lorsqu’il se déplace vers la suivante.

Retournons à l’aéroport pour voir comment cela fonctionne. Votre premier arrêt est la réception, où vous imprimez vos billets. Ici, vous devez présenter votre pièce d’identité et déposer vos bagages. Le prochain arrêt est le poste de contrôle d’identité. Ici, vous montrez à nouveau à un agent votre pièce d’identité, ainsi que le ticket que vous venez de récupérer. Après cela, vous vous rendez à la file de contrôle aux rayons X, où vous présentez à nouveau votre pièce d’identité et votre billet, mais vous envoyez désormais également vos bagages à main et autres objets via l’appareil à rayons X. Cela semble un peu redondant, et chaque fois que vous devez sortir votre carte d’identité et la montrer à quelqu’un, vous perdez de l’énergie. C’est tout simplement épuisant de passer par tous ces contrôles d’identité !

Les électrons subissent la même chose lorsqu’ils traversent des résistances. C’est comme montrer leur identification à chacune des ampoules lors de leur passage, et ils en ont assez de le faire et perdent de l’énergie à mesure qu’ils avancent dans la série.

Ce qui est vraiment important à propos de la résistance dans un circuit en série, c’est que la résistance totale au courant est la somme de chaque résistance individuelle le long du chemin. Ainsi, chaque ampoule ajoute à la résistance totale du circuit, ce qui signifie qu’un nombre croissant d’ampoules augmente la résistance, ce qui rend plus difficile la circulation du courant.

Tension

Le courant dans un circuit en série est également lié à la tension fournie par la batterie ou une autre source. Plus précisément, le courant est directement proportionnel à la tension aux bornes du circuit et inversement proportionnel à la résistance. Cette relation est connue sous le nom de loi d’Ohm, découverte par le physicien allemand Georg Simon Ohm.

Cette relation a du sens si on y réfléchit. Tout comme votre cœur pompe le sang dans votre corps, une batterie produit une tension qui « pompe » le courant à travers le circuit. Par conséquent, plus de tension signifie plus de courant. Contrairement à cela, tout comme une artère obstruée s’oppose à la circulation du sang, la résistance s’oppose à la circulation du courant. Ainsi, à mesure que la résistance augmente, le courant diminue.

Lorsque le courant rencontre une résistance, il se produit une « chute de tension », ce qui crée une situation unique dans un circuit en série. Le long d’une série de dispositifs, la tension totale aux bornes du circuit est divisée entre chaque résistance de sorte que la somme de chaque chute de tension soit égale à la tension totale fournie.

En gros, au moment où vous atteignez le dernier point de contrôle d’identité à l’aéroport, vous avez épuisé toute l’énergie avec laquelle vous aviez commencé lorsque vous vous êtes rendu pour la première fois au guichet. Après avoir passé tous les postes de contrôle d’identité, vous êtes épuisé ! Il en va de même pour les électrons circulant dans un circuit. Chaque fois qu’ils traversent un appareil, ils perdent de l’énergie, et cette énergie est divisée entre chaque appareil de sorte qu’au moment où elle arrive au dernier, la perte d’énergie totale est égale à la somme des énergies données à ces appareils.

Il reste encore une chose à savoir sur les circuits en série. La chute de tension aux bornes de chaque appareil rencontré par le courant est proportionnelle à sa résistance. Revenons à nouveau à l’aéroport pour voir pourquoi. Disons que votre premier arrêt à la billetterie est plutôt agréable. La personne à qui vous avez eu affaire a été gentille avec vous, et vos billets ont été imprimés rapidement et facilement… pas beaucoup d’énergie perdue ici car vous n’avez pas rencontré beaucoup de résistance à ce guichet.

La prochaine étape n’est cependant pas si facile. Vous présentez votre pièce d’identité et votre billet, mais l’agent de sécurité passe plus de temps que vous ne le jugez nécessaire à examiner vos informations. Ils vous posent quelques questions pour vérifier votre identité, et ce processus prend un certain temps. Ici, vous avez rencontré plus de résistance et perdu plus d’énergie qu’au guichet.

Votre dernier arrêt, l’appareil à rayons X, offre encore plus de résistance. Vos bagages sont fouillés, vous êtes interrogé sur un article dans votre bagage à main, puis ils vous font renvoyer vos articles une seconde fois juste pour être sûr. Cela fait beaucoup de résistance ! À chaque arrêt, vous rencontriez une résistance, mais la quantité d’énergie perdue à chaque fois était directement liée à la résistance rencontrée.

Le courant vit la même chose le long d’un circuit. Lorsqu’il traverse un appareil à haute résistance, il perd plus d’énergie que lorsqu’il traverse un appareil à faible résistance. C’est aussi pourquoi plus vous ajoutez de résistance au circuit, moins chaque ampoule peut briller.

Résumé de la leçon

Un circuit est comme une route: il fournit un chemin par lequel les électrons peuvent circuler. Dans un circuit en série, cette « route » pour le mouvement des électrons est une voie unique qui connecte les appareils en série, les uns après les autres dans une rangée. Lorsque nous disons qu’un circuit est fermé, cela décrit un circuit parcouru par un courant. En revanche, lorsqu’un circuit est ouvert, nous avons un circuit sans courant. Cela semble contradictoire, mais rappelez-vous qu’un circuit fermé complète la boucle, mais son ouverture brise la boucle et arrête le courant, un peu comme la construction arrête la circulation sur une autoroute.

Puisqu’il n’y a qu’un seul chemin, le courant est le même dans chaque partie d’un circuit en série. Le courant est affecté à la fois par la tension de la source et par la résistance qu’il rencontre des appareils le long du circuit. Selon la loi d’Ohm, le courant est proportionnel à la tension et inversement proportionnel à la résistance.

Tout comme chaque poste de contrôle d’aéroport draine une partie de votre énergie, une chute de tension se produit au niveau de chaque résistance, et cette chute est proportionnelle à la quantité de résistance de cet appareil. Et, de la même manière que toute votre énergie est perdue au moment où vous franchissez le poste de contrôle final, la résistance totale au courant est la somme de chaque résistance individuelle le long du chemin.

Résultats d’apprentissage

Après cette leçon, vous devriez être capable de faire les choses suivantes :

  • Différencier un circuit ouvert et fermé
  • Décrire la loi d’Ohm
  • Expliquer comment le courant se déplace dans un circuit en série


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