Vidéo de la leçon: Piles en parallèle Sciences

Transcription de la vidéo

Une pile est une source de force électromotrice nécessaire au fonctionnement des circuits électroniques. Lorsqu’il y a plusieurs piles dans un circuit, la FEM totale fournie par toutes les piles dépend de la manière dont les elles sont disposées. Dans cette leçon, nous allons étudier la FEM fournie par plusieurs piles montées en parallèle.

Tout d’abord, rappelons que les vraies piles peuvent avoir toutes sortes de formes, de tailles et de FEM. Dans un schéma de circuits électriques, toutes les piles sont représentées avec le même symbole. Le trait long représente la borne positive de la pile et le trait court représente la borne négative de la pile. Rappelons également que lorsqu’il y a du courant dans le circuit, les électrons se déplacent depuis la borne négative de la pile et font le tour du circuit pour rejoindre la borne positive. Enfin, nous avons également indiqué la différence de potentiel, c’est-à-dire la force électromotrice fournie par la pile à côté du symbole la représentant. Ici, il est écrit cinq volts à côté de la pile, cela signifie que la FEM de celle-ci est de cinq volts. Lorsque l’on parle de piles, la FEM et la différence de potentiel sont deux manières de décrire la même chose.

Maintenant que nous avons rappelé comment représenter une pile dans un schéma, regardons un schéma représentant des piles montées en parallèle. Sur ce schéma, il y a une résistance et trois piles. Elles sont toutes les trois montées en parallèle. Pour bien comprendre comment voir que ces piles sont en parallèle, dessinons le chemin suivi par le courant dans ce circuit. Puisque les bornes positives de toutes les piles sont situées sur la gauche et que les bornes négatives sont sur la droite, le courant circule donc dans le circuit dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. Cependant, il est intéressant de mentionner que les électrons se déplacent en fait dans le sens des aiguilles d’une montre. Cela est lié à la manière dont le courant a été étudié historiquement. Le résultat est que la direction du courant, telle qu’elle été définie, correspond à l’opposé de la direction dans laquelle les électrons se déplacent réellement dans le circuit.

Traçons le chemin suivi par ce courant à partir de ce point. Le courant suit les fils dans le sens inverse des aiguilles d’une montre et passe à travers la résistance jusqu’à revenir aux générateurs. En ce point, il existe en fait trois chemins possibles pour le courant. Le premier chemin passe par la branche du haut et traverse la première pile avant de rejoindre le circuit. Le deuxième chemin possible passe par la branche centrale et traverse la pile du milieu avant de rejoindre le circuit. Le dernier chemin possible passe par la branche du bas et traverse la pile situé en bas avant de rejoindre le circuit. Il y a donc trois chemins possibles pour le courant. Sur chacun de ces trois chemins, on trouve exactement une pile. C’est pourquoi on peut dire que les trois piles sont en parallèle.

Il existe plusieurs chemins possibles pour le courant et chacun de ces chemins passe par une pile différente. Considérons un exemple de piles qui ne sont pas montés en parallèle. Ici, nous en avons trois. Ces piles ne sont pas montées en parallèle car il n’existe qu’un seul chemin possible pour relier un côté des piles à l’autre côté. Alors que ce chemin passe par les trois piles. Comme toutes les piles se trouvent sur un seul chemin, et non pas sur plusieurs chemins, elles ne sont pas montés en parallèle. Nous pouvons désormais identifier des piles en parallèle, en identifiant plusieurs chemins possibles pour le courant à travers différentes piles. Voyons maintenant quelle est la valeur de la FEM totale d’une combinaison de piles en parallèle.

La règle à suivre pour déterminer la FEM totale est assez simple. Si toutes les piles ont la même orientation et si elles ont la même FEM, si ces deux conditions sont remplies, alors la FEM d’un ensemble de piles en parallèle est exactement égalé à la FEM de l’une d’elles prise individuellement. Regardons comment vérifier ces deux conditions. Vérifier que toutes les piles ont la même FEM est simple. Il faut juste regarder la FEM indiquée pour chacune d’elles. Après avoir indiqué la FEM de chaque pile sur le schéma de gauche, nous pouvons voir que la pile du haut a une FEM de trois volts, que celle du milieu a une FEM de trois volts, ainsi que celle du bas a également une FEM de trois volts. Ces trois piles ont donc toutes la même FEM.

Pour vérifier que les piles ont la même orientation, il faut regarder où se trouvent les bornes positive et négative. Sur le schéma de gauche, les bornes positives des trois piles sont situées sur la gauche et les bornes négatives sur la droite. Comme les bornes positives sont toutes orientées dans la même direction par rapport au courant qui circule dans le reste du circuit, les trois piles ont la même orientation. Nous avons donc vu que toutes les piles sur le schéma ont la même orientation et la même FEM et qu’elles sont aussi montées en parallèle. La FEM totale de cet ensemble de piles est donc égale à la FEM d’une pile, qui est de trois volts.

Avant de regarder quelques exemples sur les piles en parallèle, essayons de comprendre quel est le problème si deux piles montées en parallèle n’ont pas la même orientation. Sur ce schéma, les piles ont des orientations opposées. La borne positive de la pile située en haut est sur la gauche, tandis que celle de la pile située en bas est sur la droite. Rappelons-nous que le courant circule depuis la borne positive de la pile pour rejoindre la borne négative. Cela veut dire qu’il existe maintenant un autre chemin possible pour le courant. Ce chemin part de la pile du haut, traverse celle du bas et retourne vers la pile du haut. Le courant qui suit ce chemin ne passe jamais par le reste du circuit.

Comme il n’y a aucun autre composant sur ce chemin, la valeur du courant n’est pas contrôlée et dans un circuit réel, cela aura pour conséquence de faire fondre les fils et d’endommager les piles. C’est pourquoi, lorsqu’on connecte des piles en parallèle, il faut toujours faire attention à ce qu’ils aient bien la même orientation. Maintenant que nous avons vu ces notions sur les piles en parallèle, regardons quelques exemples.

Le schéma représente trois piles montées en parallèle. Quelle est la FEM totale fournie par les piles ?

Sur le schéma, nous voyons que les piles ont toutes la même FEM, qui vaut quatre volts. En regardant ensuite de la gauche vers la droite, nous pouvons voir que les bornes négatives de toutes les piles sont situées sur la gauche et les bornes positives sur la droite. Donc, toutes les piles ont la même orientation sur ce chemin. Rappelons maintenant que lorsqu’un ensemble de piles en parallèle ont la même FEM et la même orientation, la FEM totale est égale à la FEM d’une pile prise individuellement. Comme elles ont une FEM individuelles de quatre volts, la FEM totale de cet ensemble en parallèle est également de quatre volts.

Dans cet exemple, nous avons utilisé la FEM d’une pile pour trouver la FEM totale. Dans l’exemple suivant, nous allons utiliser la FEM totale pour déterminer la FEM individuelle des piles.

Le schéma représente trois piles identiques montées en parallèle. La FEM totale fournie par les piles est de six volts. Quelle est la FEM fournie par chaque pile ?

Pour faire le lien entre la FEM totale fournie par un ensemble de piles en parallèle et la FEM fournie par chacune d’elles individuellement, il y a une relation à laquelle il faut penser immédiatement. Si des piles en parallèle ont la même orientation et la même FEM, alors la FEM totale de cet ensemble de piles en parallèle est égale à la FEM d’une pile prise individuellement. L’énoncé nous dit que les trois piles sont identiques, ce qui signifie par définition qu’ils ont la même FEM.

Sur la figure, nous voyons que les bornes positives des trois piles sont situées sur la droite et que les bornes négatives sont sur la gauche, les piles ont donc la même orientation par rapport à la direction du courant qui pourrait circuler s’ils étaient reliés à un circuit. Toutes les piles ont la même orientation et la même FEM, ce qui signifie que la FEM totale de cet ensemble de piles est égale à la FEM d’une pile. L’énoncé nous dit que la FEM totale est de six volts. Comme la FEM totale est égale à la FEM d’un générateur, la FEM de chaque pile de cet ensemble de piles en parallèle est de six volts.

Alors, maintenant que nous avons étudié quelques exemples, résumons ce que nous avons appris dans cette leçon. Dans cette leçon, nous avons appris à identifier si des piles sont montées en parallèle. Pour cela, il faut qu’il existe plusieurs chemins possibles pour le courant mais que chaque chemin ne comporte qu’une seule pile. Nous avons également vu que la FEM totale d’un ensemble de piles en parallèle est égale à la FEM d’une pile prise individuellement, si elles ont la même orientation et la même FEM. Enfin, nous avons appris à faire la différence entre le montage de deux piles en parallèle ne présentant aucun danger, avec deux piles ayant la même orientation, et le montage de deux piles en parallèle présentant des dangers, avec deux piles ayant des orientations opposées. Ce deuxième type de montage est dangereux car la valeur du courant n’est pas contrôlée, ce qui a pour conséquence d’échauffer le circuit et les composants, jusqu’à ce que les fils fondent ou que le circuit soit endommagé.