Définition série et dérivation (+ noeud, boucle, branche)

[ali002]

Bonjour, à tous,

après bien des recherches, j'en appelle à vos connaissances, espérant que vous pourrez m'aider sur le sujet.

Je ne souhaite plus seulement parler de circuit en série ou circuit en dérivation (sauf dans le cas où cela se présente) mais plutôt d'associations de dipôles en série ou en dérivation et du coup introduire des circuits plus complexes.

Le problème est que je ne trouve pas de définitions convenables pour ce sujet.

auriez vous une réponse à m'apporter ? Je dois avouer que je patauge.

Merci par avance.

[Aranel53]

C'est une excellente approche à mes yeux. Les notions de circuits en série et circuit en dérivation posent de très nombreux problèmes conceptuels aux élèves car ils sont pensés comme antagonistes alors que la plupart des circuits ne sont ni en série, ni en dérivation. D'ailleurs les circuits en dérivation n'existent JAMAIS dans la pratique...

J'ai beaucoup galéré pour trouver des définitions claires et c'est pas évident, surtout en 5e. Mais bon, on se débrouille et j'explique aux élèves que ce n'est pas simple et donc qu'on doit dire les choses de plusieurs manières pour expliquer. Par contre, ça nécessite pour être clair du vocabulaire qui n'est plus au programme de 5e (nœud et branches).

EDIT de septembre 2014 : J'ai fait depuis une page avec schémas avec des meilleures définitions, (deuxième page du sujet pour l'instant) :

On appelle boucle, un ensemble de dipôles formant une figure fermée et qui contient un générateur. Une boucle se nomme en nommant les dipôles en partant de la pile et en revenant à la pile. Exemple : la boucle GL1L2M1G.

On appelle "nœud de connexion" ou plus simplement "nœud" un point d'un circuit où le courant a plusieurs chemins possibles. Il y a donc au moins trois fils reliés a un nœud. On leur donne une lettre majuscule si on en a besoin. La portion de circuit entre deux nœuds s'appelle une "branche" et elle se nomme en partant de la lettre du premier noeud, puis en faisant la liste des noms des dipôles et en terminant par la lettre du deuxième nœud. Exemple : la branche AM1L1B.

Deux dipôles sont en série l'un par rapport à l'autre s'ils sont branchés directement à la suite l'un de l'autre. Il peut y avoir d'autres dipôles entre eux mais il ne doit pas y avoir de nœud de connexion (le courant n'a qu'un seul chemin possible : s'il passe par le premier dipôle il passe aussi par le deuxième). Deux dipôles en série l'un par rapport à l'autre sont sur la même branche du circuit et réciproquement. Si deux dipôles n'appartiennent pas forcément à la même boucle alors ils ne peuvent pas être en série entre eux.
Si tous les dipôles d'un circuit sont branchés en série, il n'y a a lors qu'une branche dans le circuit qui est confondue avec la seule boucle du circuit : c'est un "circuit en série", appelé aussi "circuit en boucle simple".

Deux dipôles en dérivation l'un par rapport à l'autre ont leurs bornes reliées deux à deux par deux fils de connexion. La première borne du premier dipôle est reliée directement à la première borne du deuxième dipôle et en même temps leurs deux autres bornes sont reliées entre elles par un autre fil. Deux dipôles en dérivation l'un par rapport à l'autre sont reliés aux mêmes nœuds de connexion. Deux dipôles en dérivation ne sont jamais sur la même boucle, et jamais sur la même branche.
Si toutes les premières bornes de tous les dipôles du circuits sont reliées et qu'en même temps toutes les autres bornes sont aussi reliées, tous les dipôles sont en dérivation entre eux et on parle alors d'un "circuit en dérivation". C'est un cas très rare dans la réalité car il y a normalement toujours un interrupteur en série avec le générateur.

Attention, deux dipôles peuvent n'être ni en série ni en dérivation entre eux, c'est même le cas le plus courant ! C'est le cas quand ils sont branchés à la suite dans le circuit mais qu'un nœud de connexion est présent entre eux.

Et après il faut se manger une bonne série d'exemples pour avoir fait en gros le tour de tous les cas possibles, ce qui dépasse sévèrement le programme mais qui est indispensable si on veut que la distinction soit comprise...

Je regarde ce que j'ai sur le sujet. Ce sont de vieux documents à améliorer mais c'est déjà ça...

J'espère que ça t'aide, vu comme j'ai galéré pour en arriver là, si ça peut éviter à d'autres de galérer aussi ça serait déjà ça !

[ali002]

J'ai lu à plusieurs reprises tes conseils et je dois avouer que cela va beaucoup m'aider. Je souhaitais, une fois la présentation des dipôles faites introduire ces notions de branche, noeud et boucle et tes définitions me conviennent bien.

En plus ne plus parler de circuit en série et dérivation aidera mes élèves de 4e à ne pas confondre " se branche en série dans un circuit" et "se branche dans un circuit en série". (erreur souvent rencontrée dans mes contrôles).

Je pourrais en plus unifier les lois de l'intensité ainsi que celles de la tension et ne plus aborder un circuit puis l'autre.

Un grand merci à toi.

[Aranel53]

De rien ! Je suis content que ça te serve !

Je vais essayer d'améliorer les fiches déjà commencées pour en faire quelque chose qui puisse être utilisé facilement et qui ne laisse que peu de possibilité de doute aux élèves.

Je poste ça à la suite dès que c'est fait.

[Emeline]

J'ai également donné ces définitions l'année dernière aux 5ème et je suis contente, car je commence l'elec en 4ème et ils s'en souviennent pour la plupart. J'espère que cela simplifiera l'introduction des lois.
D'ailleurs, je vais parler pour la 1ère fois de lois des nœuds pour l'intensité. Mais je me tâte pour la tension : est-ce que je parle de loi des mailles alors que j'ai parlé de boucles et de branches... Mais je suis HS là...

[Aranel53]

J'ai également donné ces définitions l'année dernière aux 5ème et je suis contente, car je commence l'elec en 4ème et ils s'en souviennent pour la plupart. J'espère que cela simplifiera l'introduction des lois.

Je peux commencer à répondre : oui j'ai remarqué que ça simplifie énormément l'introduction des lois ! Et du coup, je me rends compte que c'était pas les lois qui posaient problème mais bien la manière de décrire les circuits qui est nécessaire pour les appliquer correctement...

D'ailleurs, je vais parler pour la 1ère fois de lois des nœuds pour l'intensité. Mais je me tâte pour la tension : est-ce que je parle de loi des mailles alors que j'ai parlé de boucles et de branches... Mais je suis HS là...

Bon, continuons le hors sujet alors... Je te conseille de parler de "loi des boucles" et non pas de "lois des mailles" car pour pouvoir parler de "maille" il faut une définition algébrique de la tension, ce qui est à mon avis excessif. Avec la notion de boucle, on est tranquille, comme il y a toujours la pile on peut dire Ulampe + Umoteur+Ubidule = Upile sans avoir le =0 dans la maille. J'insiste d'ailleurs beaucoup (avec plein de questions pièges à l'oral) sur la définition de boucle, qui doit impérativement contenir le générateur.

Bon je copie le message dans le sujet sur les lois en 4e... Poursuivre là-bas sur les lois en 4e : Lois sur la tension et l'intensité dans les circuits ?

[Devdet]

Aranel

Tu dis qu'une boucle contient le générateur mais ce n'est pas toujours le cas dans les livres.

Qu'en penses-tu ?

Devdet

[Aranel53]

Une "boucle" d'après moi contient toujours le générateur... sinon ça ne sert à rien de parler de boucle car on ne peut plus s'en servir pour quoi que ce soit (ni tension simplement, ni intensité), du coup pour quelle raison en parler ?

Comme j'ai dit plus haut, il s'agit d'une "maille" si elle ne contient pas le générateur et la loi des mailles marche bien (forcément ! ) mais uniquement avec une conception algébrique de la tension (la somme des tensions dans une maille est nulle, ce qui implique une tension négative dans le sens de parcours). En quatrième, on ne peut pas faire ça car la tension est toujours positive, donc on est obligé de dire "égale à la tension du générateur" pour esquiver le fait que sa tension est dans l'autre sens... donc il faut passer par le générateur. On arrive alors à : "la tension créée par le générateur est égale à la somme des tensions des différents dipôles de la boucle". Ce qu'on ne peut plus dire si on n'a pas de générateur et ça devient carrément plus complexe pour s'en sortir du coup.

Je n'ai pas trouvé un seul livre qui permette de comprendre vraiment de quoi on parle et du coup j'ai abandonné les livres en collège depuis longtemps, surtout sur cette partie là car aucun exercice ne convient à la manière dont j'aborde les choses... C'est dans quel livre que tu as vu qu'une boucle peut ne pas contenir le générateur, que j'y jette un oeil ?

[znamrv]

Au collège, pour moi aussi une boucle contient forcément le générateur : c'est indispensable, comme le dit Aranel, pour exprimer les lois de la tension de manière simple. La notion de boucle bien comprise aide aussi beaucoup pour l'indication du sens du courant dans des circuits avec plusieurs branches.

Cela rejoint un de mes premiers TP/ cours de 5ème (voire même le tout premier) dont la question est : quelles sont les conditions pour qu'un circuit électrique fonctionne ?
- Il faut que le circuit forme une boucle fermée.
- La boucle fermée doit contenir un générateur.

Alors il faut prendre du recul par rapport à certains énoncés présents dans les livres (on peut garder à l'esprit que le plus souvent les livres ont été rédigés avec des contraintes de temps très fortes... HS On : J'ai vu hier en soutien certains énoncés d'exercices de terminale en mécanique franchement faux... déjà que la méca c'est compliqué pour les élèves, mais là ça n'arrange rien ! HS Off)

[Aranel53]

Je viens de faire un document complet à partir de mes définitions. Je me rends compte que leur faire recopier des définitions n'est pas très pertinent, ou en tous cas il vaut mieux y aller un peu plus léger que ce que je fait. L'année prochaine, on va écrire une définition simpliste dans le cours (la première de chaque) et je leur distribuerai ça pour qu'il aient tous les détails dans le cahier.

Qu'en pensez-vous ? Les définitions et les exemples sont-ils assez clairs ?

EDIT : fichiers modifiés plus loin