Toolyard

Simulateur de circuits série et parallèle

Équations de cette simulation

V = I R
Vtension aux bornes d'un composantla chute de potentiel électrique d'un bout à l'autre, en volts
Icourant qui le traverseen ampères : la charge qui passe par seconde
RR₁ (ohms)la loi d'Ohm vaut pour chaque résistance ; on néglige que la résistance d'un vrai filament augmente en chauffant

Avec les valeurs actuelles :

série : R = R₁ + R₂ + …, parallèle : 1 ÷ R = 1 ÷ R₁ + 1 ÷ R₂ + …
R_eqrésistance équivalente de tout ce qui est hors de la pileen série le même courant traverse chaque élément, en parallèle chacun a la même tension

Avec les valeurs actuelles :

Σ I_entrant = Σ I_sortant à chaque nœud, Σ V = 0 dans chaque maille
KCL, KVLlois de Kirchhoff des nœuds et des maillesà un nœud, aucune charge n'est créée ni perdue, et l'énergie par charge s'équilibre dans toute maille fermée ; la simulation les résout pour tous les nœuds à la fois

Avec les valeurs actuelles :

V_bornes = E − I r
ETension de la pile E (volts)la force électromotrice, ce qu'indiquerait la pile sans rien de branché
rRésistance interne de la pile r (ohms)fait chuter un peu de tension dans la pile, d'autant plus que le courant demandé est grand

Avec les valeurs actuelles :

P = V I = I² R = V² ÷ R
Ppuissance transformée en chaleur et en lumièreles ampoules brillent grâce à elle ; le graphique montre ce que prend R₁ quand sa résistance change, au maximum quand elle égale celle du reste du circuit

Avec les valeurs actuelles :

V_sortie = E × R₂ ÷ (R₁ + R₂), pont équilibré quand R₁ ÷ R₂ = R₃ ÷ R₄
V_sortiesortie du diviseur, ou tension du galvanomètre dans le pontsans charge pour le diviseur ; une charge en parallèle sur R₂ fait baisser V_sortie, et un pont équilibré indique zéro

Avec les valeurs actuelles :

Comment utiliser le simulateur de circuits

  1. Choisissez un circuit. La pile est à gauche, borne + marquée ; les ampoules brillent selon la puissance qu'elles reçoivent, et les points bleus sont des électrons qui dérivent de la borne − vers la borne +, plus vite là où le courant est plus fort. Le sens conventionnel du courant, celui des formules, est l'inverse.
  2. Changez la tension de la pile et chaque résistance, et lisez sous l'image le courant, la tension et la puissance de chaque ampoule. Ouvrez l'interrupteur pour couper une branche : en série tout s'éteint, en parallèle les autres ampoules restent allumées. Le graphique montre la puissance que prend R₁ quand sa résistance change, avec un maximum quand elle égale celle du reste du circuit.
  3. Essayez le diviseur de tension et voyez la sortie baisser quand la charge est branchée, ou le pont de Wheatstone, et trouvez le R₄ qui met le galvanomètre à zéro. Le Calculateur de la loi d’Ohm, le Calculateur série et parallèle et le Calculateur de pont diviseur font les mêmes calculs avec vos propres valeurs.

Questions fréquentes

Quelle est la différence entre un circuit série et un circuit parallèle ?

En série, les composants sont sur une seule ligne : le même courant les traverse tous et leurs tensions s'additionnent jusqu'à celle de la pile, R = R₁ + R₂ + …. En parallèle, chaque composant a son propre chemin entre les deux mêmes points : chacun reçoit toute la tension et les courants s'additionnent, 1 ÷ R = 1 ÷ R₁ + 1 ÷ R₂ + …. C'est ainsi que les maisons sont câblées : chaque lampe reçoit la tension du secteur, et on peut en éteindre une sans éteindre les autres.

Que sont les lois de Kirchhoff ?

La loi des nœuds : les courants qui entrent dans un nœud égalent ceux qui en sortent, car la charge ne s'accumule pas. La loi des mailles : en parcourant n'importe quelle maille fermée, les hausses et les chutes de tension s'annulent, car l'énergie par charge doit s'équilibrer. Avec la loi d'Ohm, elles résolvent n'importe quel circuit de résistances et de piles, ce que fait la simulation à chaque nœud.

Pourquoi la tension de la pile baisse-t-elle quand on branche plus d'ampoules ?

Une vraie pile a une résistance interne r. Le courant débité fait chuter I × r volts dans la pile, si bien que la tension aux bornes vaut E − I r. Brancher des ampoules en parallèle diminue la résistance totale et augmente le courant, donc la chute grandit. Mettez r à 0 pour voir une pile idéale.

À quelle vitesse les électrons avancent-ils dans un fil ?

Lentement : dans un fil de cuivre de 1 mm de diamètre parcouru par 1 A, ils dérivent à moins d'un dixième de millimètre par seconde. L'ampoule s'allume pourtant aussitôt, car le champ électrique parcourt le circuit presque à la vitesse de la lumière et met tous les électrons en mouvement ensemble. Ici, les points sont énormément accélérés pour montrer les courants relatifs.

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Quelque chose est-il envoyé ?

Non. La simulation est dessinée par votre propre navigateur avec WebGL ; rien n'est envoyé nulle part, et elle continue de fonctionner hors ligne une fois la page chargée.

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