Tension : Circuits Série et Parallèle Guide

PhysiqueDébutantTemps de lecture: 3 min

Aperçu

La tension est la différence de potentiel électrique entre deux points d'un circuit. La relation entre les tensions individuelles et la tension totale diffère considérablement selon la méthode de connexion. Cette expérience utilise des voltmètres en temps réel pour vous aider à explorer l'effet de division de tension dans les circuits en série et la caractéristique d'égalité de tension dans les circuits en parallèle.

Contexte

En 1845, le physicien allemand Gustav Kirchhoff, à l'âge de 21 ans, a formulé la célèbre Loi des Mailles de Kirchhoff (Loi des Tensions) : la somme algébrique des variations de potentiel le long de toute maille fermée est nulle. Cette loi a posé les bases théoriques de la division de tension dans les circuits en série et de l'égalité de tension dans les circuits en parallèle. À l'ère de la télégraphie, les ingénieurs utilisaient le principe du diviseur de tension en série pour la transmission de signaux longue distance et la propriété d'égalité de tension en parallèle pour assurer une tension stable à chaque nœud. Aujourd'hui, ces lois restent la pierre angulaire de la conception des circuits électroniques.

Concepts clés

Tension aux bornes

U

La tension aux bornes d'une source d'alimentation ou d'un composant du circuit. Dans la simulation, la tension totale est directement contrôlée par le curseur de tension de l'alimentation.

Division de Tension

U_n \propto R_n

Dans un circuit en série, la tension totale est répartie entre les résistances. Plus la résistance est grande, plus la part de tension qu'elle reçoit est importante.

Tension Égale

U_1 = U_2 = U

Dans un circuit en parallèle, la tension aux bornes de chaque branche est égale et est également égale à la tension totale.

Formules et dérivation

Loi des Tensions en Série

U = U_1 + U_2

Dans un circuit en série, la tension totale est égale à la somme des tensions individuelles. L'énergie diminue étape par étape lorsqu'elle traverse chaque résistance.

Loi des Tensions en Parallèle

U = U_1 = U_2

Dans un circuit en parallèle, la tension aux bornes de chaque branche est égale et égale à la tension d'alimentation.

Étapes de l'expérience

1
Configurer le Circuit en Série
Sélectionnez 'Circuit en Série' sur le panneau. Initialement, les deux résistances sont de $10\Omega$ . Vous pouvez régler $R_2$ à $20\Omega$ ou une autre valeur. Fermez l'interrupteur et observez les lectures des trois voltmètres $U$ , $U_1$ et $U_2$ . Est-ce que $U_1$ et $U_2$ s'additionnent pour donner $U$ ?
2
Explorer l'Effet de la Résistance
En mode série, essayez de changer la résistance de $R_1$ ou $R_2$ . Vous constaterez : la partie avec la plus grande résistance a une lecture de voltmètre ____ ? Cela montre que les circuits en série distribuent la tension proportionnellement à la résistance.
3
Passer au Circuit en Parallèle
Passez le circuit en 'Circuit en Parallèle'. Observez les lectures des voltmètres aux bornes de $R_1$ et $R_2$ . Même si les valeurs de résistance des deux branches sont réglées différemment, leurs tensions restent-elles cohérentes ?
4
Changer la Tension Totale
Ajustez le curseur de tension de l'alimentation. Observez comment la tension aux bornes de chaque branche dans le circuit en parallèle change avec la tension totale. Réfléchissez : Quelle est la relation entre les tensions des branches et la tension d'alimentation ?

Objectifs d'apprentissage

Comprendre la relation additive de la tension totale et des tensions des composants dans les circuits en série
Maîtriser la caractéristique physique selon laquelle la tension aux bornes des branches parallèles est égale
Être capable de prédire les valeurs de tension en série basées sur les rapports de résistance
Apprendre à utiliser des voltmètres virtuels pour mesurer la différence de potentiel dans les circuits

Applications réelles

Circuits Pont Diviseur de Tension : Les appareils électroniques utilisent souvent deux résistances en série pour obtenir une tension de référence plus basse
Prises Domestiques : Tous les appareils sont connectés en parallèle à une source d'alimentation de 220V (ou 110V) pour assurer que chacun reçoit sa tension nominale
Extension de Plage de Voltmètre : Une grande résistance est connectée en série avec la tête de mesure pour lui permettre de mesurer des tensions plus élevées

Idées reçues

Erreur

Dans un circuit en série, la tension aux bornes de toutes les résistances devrait être égale

Correct

Incorrect. La tension n'est partagée équitablement que lorsque les résistances en série sont égales. Des résistances différentes entraînent des distributions de tension différentes.

Erreur

Dans un circuit en parallèle, la branche avec la plus grande résistance a une plus grande tension

Correct

Incorrect. La tension aux bornes des branches parallèles est exactement égale, quelle que soit la résistance. La résistance n'affecte que le courant dans cette branche.

Lectures complémentaires

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