Sciences de l'ingénieur1ère

Applications dans les circuits
Exercices corrigés

Maîtrisez les applications dans les circuits : pont diviseur de tension, pont diviseur de courant, association de résistances, circuits RC et RL grâce à ces 5 exercices détaillés.

Concepts & Exercices
\(U_s = U_e \cdot \frac{R_2}{R_1 + R_2}\)
Pont diviseur de tension
Pont diviseur de courant
\(I_1 = I_T \cdot \frac{R_2}{R_1 + R_2}\)
Courant dans branche parallèle
Constante de temps RC
\(\tau = R \cdot C\)
Temps de charge/décharge
Constante de temps RL
\(\tau = \frac{L}{R}\)
Temps d'établissement
⚡
Pont diviseur de tension : Permet d'obtenir une fraction de la tension d'entrée
⚡
Pont diviseur de courant : Répartit le courant dans les branches parallèles
⚡
Circuits RC : Comportement transitoire avec condensateur et résistance
⚡
Circuits RL : Comportement transitoire avec bobine et résistance
Exercice 1
Calculer la tension de sortie d'un pont diviseur avec R₁=4kΩ, R₂=6kΩ et Uₑ=12V
Exercice 2
Déterminer le courant dans R₁ d'un pont diviseur de courant avec R₁=10Ω, R₂=15Ω et Iₜ=5A
Exercice 3
Calculer la constante de temps d'un circuit RC avec R=2kΩ et C=10µF
Exercice 4
Trouver la constante de temps d'un circuit RL avec R=5Ω et L=2H
Exercice 5
Analyser un circuit complexe avec associations de résistances en série et parallèle
Corrigé : Exercices 1 à 3
1 Pont diviseur de tension
Définition :

Pont diviseur de tension : Circuit constitué de deux résistances en série permettant d'obtenir une fraction de la tension d'entrée : \(U_s = U_e \cdot \frac{R_2}{R_1 + R_2}\)

Méthode de calcul :
  1. Identifier les résistances R₁ et R₂ dans le circuit
  2. Identifier la tension d'entrée Uₑ
  3. Appliquer la formule du pont diviseur
  4. Effectuer le calcul
Uₑ=12V
→
R₁=4kΩ
→
R₂=6kΩ
→
Uₛ=?
Données
R₁=4kΩ, R₂=6kΩ, Uₑ=12V
Formule
Uₛ = Uₑ·R₂/(R₁+R₂)
Calcul
Uₛ = 7.2V
Étape 1 : Identification des données

R₁ = 4kΩ, R₂ = 6kΩ, Uₑ = 12V

Étape 2 : Application de la formule

Uₛ = Uₑ × (R₂ / (R₁ + R₂)) = 12V × (6kΩ / (4kΩ + 6kΩ))

Étape 3 : Calcul du rapport

Uₛ = 12V × (6kΩ / 10kΩ) = 12V × 0.6

Étape 4 : Résultat final

Uₛ = 7.2V

Uₛ = 7.2V
Réponse finale :

La tension de sortie est de 7.2V

Règles appliquées :

• Pont diviseur : Uₛ = Uₑ × (R₂ / (R₁ + R₂))

• Loi d'Ohm : U = R × I

• Division de tension : La tension se divise proportionnellement aux résistances

2 Pont diviseur de courant
Définition :

Pont diviseur de courant : Circuit avec deux résistances en parallèle permettant de répartir le courant total : \(I_1 = I_T \cdot \frac{R_2}{R_1 + R_2}\)

Iₜ=5A
→
R₁=10Ω
∥
R₂=15Ω
Données
R₁=10Ω, R₂=15Ω, Iₜ=5A
Formule
I₁ = Iₜ·R₂/(R₁+R₂)
Calcul
I₁ = 3A
Étape 1 : Identification des données

R₁ = 10Ω, R₂ = 15Ω, Iₜ = 5A

Étape 2 : Application de la formule

I₁ = Iₜ × (R₂ / (R₁ + R₂)) = 5A × (15Ω / (10Ω + 15Ω))

Étape 3 : Calcul du rapport

I₁ = 5A × (15Ω / 25Ω) = 5A × 0.6

Étape 4 : Résultat final

I₁ = 3A

I₁ = 3A
Réponse finale :

Le courant dans R₁ est de 3A

Règles appliquées :

• Pont diviseur de courant : I₁ = Iₜ × (R₂ / (R₁ + R₂))

• Loi des nœuds : Iₜ = I₁ + I₂

• Répartition : Le courant se répartit inversement proportionnellement aux résistances

3 Constante de temps RC
Définition :

Constante de temps RC : Durée caractéristique du comportement transitoire d'un circuit RC : \(\tau = R \cdot C\). Elle représente le temps nécessaire pour que le condensateur atteigne environ 63% de sa charge finale.

Générateur
→
R=2kΩ
→
C=10µF
Données
R=2kΩ, C=10µF
Formule
\(\tau = R \cdot C\)
Calcul
\(\tau = 20ms\)
Étape 1 : Conversion des unités

R = 2kΩ = 2000Ω, C = 10µF = 10×10⁻⁶F

Étape 2 : Application de la formule

\(\tau = R \times C = 2000\Omega \times 10 \times 10^{-6}F\)

Étape 3 : Calcul de la constante de temps

\(\tau = 20 \times 10^{-3}s = 20ms\)

Étape 4 : Interprétation

Le condensateur atteindra 63% de sa charge en 20ms

\(\tau = 20ms\)
Réponse finale :

La constante de temps est de 20ms

Règles appliquées :

• Constante de temps RC : \(\tau = R \times C\)

• Unités : Résistance en ohms (Ω), capacité en farads (F), temps en secondes (s)

• Chargement : Après 5τ, le condensateur est pratiquement chargé (99%)

Corrigé : Exercices 4 à 5
4 Constante de temps RL
Définition :

Constante de temps RL : Durée caractéristique du comportement transitoire d'un circuit RL : \(\tau = \frac{L}{R}\). Elle représente le temps nécessaire pour que le courant atteigne environ 63% de sa valeur finale.

Générateur
→
R=5Ω
→
L=2H
Données
R=5Ω, L=2H
Formule
\(\tau = \frac{L}{R}\)
Calcul
\(\tau = 0.4s\)
Étape 1 : Identification des données

R = 5Ω, L = 2H

Étape 2 : Application de la formule

\(\tau = \frac{L}{R} = \frac{2H}{5\Omega}\)

Étape 3 : Calcul de la constante de temps

\(\tau = 0.4s\)

Étape 4 : Interprétation

Le courant atteindra 63% de sa valeur finale en 0.4s

\(\tau = 0.4s\)
Réponse finale :

La constante de temps est de 0.4s

Règles appliquées :

• Constante de temps RL : \(\tau = \frac{L}{R}\)

• Unités : Inductance en henrys (H), résistance en ohms (Ω), temps en secondes (s)

• Établissement : Après 5τ, le courant est pratiquement établi (99%)

5 Circuit complexe
Définition :

Circuit complexe : Circuit contenant des associations de résistances en série et en parallèle. Il faut simplifier progressivement le circuit pour trouver la résistance équivalente.

E=24V
→
R₁=6Ω
→
(R₂=4Ω∥R₃=12Ω)
Étape 1
R₂₃ = 3Ω
Étape 2
Rₑq = 9Ω
Étape 3
Iₜ = 2.67A
Étape 1 : Calcul R₂₃ (parallèle)

\(\frac{1}{R_{23}} = \frac{1}{4} + \frac{1}{12} = \frac{3}{12} + \frac{1}{12} = \frac{4}{12} = \frac{1}{3}\)

\(R_{23} = 3\Omega\)

Étape 2 : Calcul Rₑq (série)

\(R_{eq} = R_1 + R_{23} = 6\Omega + 3\Omega = 9\Omega\)

Étape 3 : Calcul du courant total

\(I_T = \frac{E}{R_{eq}} = \frac{24V}{9\Omega} = 2.67A\)

Étape 4 : Calcul des tensions et courants

\(U_1 = I_T \times R_1 = 2.67A \times 6\Omega = 16V\)

\(U_{23} = E - U_1 = 24V - 16V = 8V\)

\(I_2 = \frac{U_{23}}{R_2} = \frac{8V}{4\Omega} = 2A\)

\(I_3 = \frac{U_{23}}{R_3} = \frac{8V}{12\Omega} = 0.67A\)

Rₑq = 9Ω, Iₜ = 2.67A, U₁ = 16V, U₂₃ = 8V
Réponse finale :

Résistance équivalente : 9Ω, Courant total : 2.67A

Règles appliquées :

• Simplification progressive : Traiter les associations parallèles puis séries

• Lois de Kirchhoff : Lois des nœuds et des mailles

• Loi d'Ohm : Appliquer à chaque portion de circuit

Cours bien détaillé
\(U_s = U_e \cdot \frac{R_2}{R_1 + R_2}\)
Pont diviseur de tension
🎯
Pont diviseur de tension : Utilisé pour obtenir une fraction précise de la tension d'entrée.
⚡
Pont diviseur de courant : Répartit le courant total entre les branches parallèles.
🛡️
Circuits RC : Comportement transitoire avec constante de temps τ = R×C.
🔥
Circuits RL : Comportement transitoire avec constante de temps τ = L/R.
💡
Conseil : Toujours identifier la configuration du circuit avant d'appliquer les formules
🔍
Attention : Dans un pont diviseur de tension, la tension est proportionnelle à la résistance
⚡
Astuce : Dans un pont diviseur de courant, le courant est inversement proportionnel à la résistance
📋
Méthode : Simplifier les circuits complexes par étapes
✅
Vérification : Utiliser les lois de Kirchhoff pour confirmer les résultats
Méthodes d'analyse :
  • Pont diviseur de tension : Uₛ = Uₑ × (R₂ / (R₁ + R₂))
  • Pont diviseur de courant : I₁ = Iₜ × (R₂ / (R₁ + R₂))
  • Constante de temps RC : τ = R × C
  • Constante de temps RL : τ = L / R
Règles importantes :
  • En série : l'intensité est constante, la tension se divise
  • En parallèle : la tension est constante, l'intensité se divise
  • La constante de temps caractérise le temps de réponse d'un circuit
  • Un circuit RC charge/décharge exponentiellement avec une constante de temps τ
Applications dans les circuits Composants passifs