Simulation de circuit électrique en série dans FizziQ Web : composants, mesures et lois de l'électricité

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Cette simulation permet de construire et d'analyser des circuits électriques en série. Elle modélise le comportement de composants passifs (résistances, condensateurs, bobines) et actifs (piles, générateurs de tension alternative) avec une physique réaliste.

Vous pouvez assembler des composants, fermer le circuit, visualiser la circulation du courant, mesurer tensions et intensités, puis enregistrer les données pour les analyser dans le cahier d'expérience.

Objectif de l'activité

Avec cette simulation, vous allez :

1. construire des circuits électriques en série à partir de composants réalistes ;

2. mesurer des tensions et des intensités avec des voltmètres et des ampèremètres ;

3. étudier la loi d'Ohm et le comportement des dipôles passifs ;

4. observer la charge et la décharge d'un condensateur ;

5. analyser le comportement d'un circuit RLC en régime alternatif ;

6. enregistrer des données expérimentales pour les exploiter dans le cahier.

Ce que vous allez savoir faire

À la fin de ce document, vous saurez :

1. ajouter des composants à partir de la palette ;

2. connecter les bornes pour fermer un circuit ;

3. régler les paramètres (tension, résistance, capacité, inductance, fréquence) ;

4. placer correctement un voltmètre ou un ampèremètre ;

5. lancer un enregistrement de données ;

6. capturer une image du circuit ;

7. exploiter les mesures dans le cahier d'expérience.

`Durée estimée : 20 à 40 minutes

Niveau conseillé : Collège – Lycée

Fonction utilisée : Simulation de circuits électriques

Accéder à la simulation

Pour ouvrir la simulation :

1. ouvrez le menu Simulations ;

2. sélectionnez Circuits électriques.

Accès direct : https://fizziqweb.web.app/circuit

Comprendre l'interface

L'écran comporte trois zones principales : une palette de composants, une zone de simulation centrale et un panneau de contrôle latéral.

Palette de composants

La colonne de gauche regroupe tous les composants disponibles. Un clic sur un composant l'ajoute au circuit dans la zone centrale. Un bouton Paramètres situé en haut permet d'ajuster les options d'affichage et d'enregistrement.

Zone de simulation

La zone centrale affiche les composants et leurs connexions sur une grille légère. Elle permet de :

1. déplacer les composants par glisser-déposer ;

2. relier les bornes en les rapprochant les unes des autres ;

3. visualiser l'animation du courant lorsque le circuit est fermé ;

4. accéder aux boutons IMG et REC en haut à droite ;

5. vérifier l'état du circuit (fermé ou ouvert) en bas de l'écran.

Panneau de contrôle

La colonne de droite affiche les propriétés du composant sélectionné. Elle permet de :

1. modifier les valeurs des paramètres ;

2. faire pivoter un composant de 90° ;

3. supprimer le composant sélectionné ;

4. consulter l'état des bornes (libres ou connectées) ;

5. effacer l'ensemble du circuit.

Utiliser la simulation

Cette section décrit les principales actions à réaliser.

1. Ajouter des composants

Les composants disponibles sont regroupés en quatre catégories.

Sources d'énergie :

1. pile : tension continue réglable de 1 à 30 V (9 V par défaut) ;

2. générateur alternatif : tension maximale de 1 à 50 V, fréquence de 0,5 à 50 Hz.

Conducteurs :

1. fil : résistance nulle, sert à relier les composants ;

2. interrupteur : ouvre ou ferme le circuit.

Composants passifs :

1. résistance : de 1 à 1000 Ω (100 Ω par défaut) ;

2. ampoule : résistance de filament de 1 à 200 Ω, s'allume au passage du courant ;

3. condensateur : capacité de 0,1 à 100 mF ;

4. bobine : inductance de 0,1 à 5 H ;

5. diode : laisse passer le courant dans un seul sens.

Instruments de mesure :

1. voltmètre : mesure la tension grâce à deux sondes indépendantes (rouge et noire) ;

2. ampèremètre : mesure l'intensité, se place en série dans le circuit.

Pour ajouter un composant, cliquez sur son icône dans la palette. Il apparaît au centre de la zone de simulation.

2. Connecter les composants

Les composants possèdent des bornes visibles sous forme de points colorés :

1. point rouge : borne libre ;

2. point vert : borne connectée ;

3. point bleu : borne sélectionnée.

Pour créer une connexion, faites glisser une borne près d'une autre borne. Lorsque la distance est suffisamment faible, la connexion se fait automatiquement. Le circuit est considéré fermé lorsqu'un chemin conducteur relie les deux bornes de la source d'énergie et que tous les interrupteurs présents sont fermés.

3. Régler les paramètres

Sélectionnez un composant en cliquant dessus. Son halo devient bleu et ses propriétés apparaissent dans le panneau de droite. Les paramètres ajustables dépendent du composant :

1. pile : tension continue ;

2. générateur alternatif : tension maximale et fréquence ;

3. résistance et ampoule : valeur de la résistance ;

4. condensateur : capacité ;

5. bobine : inductance ;

6. interrupteur : état ouvert ou fermé.

Les valeurs peuvent être modifiées à tout moment pendant la simulation.

4. Observer la circulation du courant

Dès que le circuit est fermé, des points animés représentent la circulation des charges. Le sens de l'animation peut être choisi dans les Paramètres :

1. sens conventionnel : de la borne + vers la borne − (points rouges) ;

2. sens des électrons : de la borne − vers la borne + (points bleus).

En courant alternatif, le sens de circulation s'inverse périodiquement. Avec une diode, les charges s'arrêtent dès que le courant est bloqué.

5. Lire les mesures

Les instruments de mesure affichent en temps réel la grandeur mesurée.

Ampèremètre :

1. se place en série dans le circuit ;

2. affiche l'intensité en ampères ou milliampères ;

3. indique "Pas de courant" si le circuit est ouvert.

Voltmètre :

1. possède deux sondes (rouge pour le pôle positif, noire pour le pôle négatif) ;

2. mesure la différence de potentiel entre les deux points touchés ;

3. ne modifie pas le circuit (haute impédance) ;

4. affiche la tension en volts ou millivolts.

6. Enregistrer les données

Le bouton REC permet d'enregistrer l'évolution des mesures au cours du temps.

Conditions d'enregistrement :

1. le circuit doit être fermé ;

2. au moins un ampèremètre ou un voltmètre doit être présent.

Pendant l'enregistrement, les valeurs sont stockées, puis un aperçu dynamique est affiché avant l'export automatique vers le cahier d'expérience. Les données comprennent le temps en secondes, l'intensité en ampères et la tension en volts selon les instruments présents.

Le nombre de points enregistrés peut être ajusté dans les Paramètres :

1. source continue : 20 points par seconde ;

2. source alternative : 50 points par cycle.

7. Capturer une image

Le bouton IMG permet d'enregistrer une capture d'écran du circuit. Cela permet :

1. d'illustrer un compte rendu ;

2. de conserver une configuration de circuit ;

3. de comparer plusieurs montages.

Comprendre les résultats

Cette section permet d'interpréter ce que vous observez.

Circuit résistif simple

Lorsque le circuit ne contient que des résistances, le courant est calculé par la loi d'Ohm.

Relation utilisée :

I = U / R

Où R correspond à la somme des résistances du circuit. La tension aux bornes de chaque composant vaut U = R × I.

Circuit avec condensateur

Le condensateur se charge progressivement jusqu'à atteindre la tension de la source. Pendant la charge, le courant diminue exponentiellement. Lors de la décharge à travers une résistance, la tension décroît de la même manière.

Circuit avec bobine

La bobine s'oppose aux variations de courant. À la fermeture du circuit, l'intensité augmente progressivement jusqu'à sa valeur finale. À l'ouverture, elle tend à maintenir le courant.

Circuit RLC en régime alternatif

En présence d'un générateur alternatif, la simulation calcule l'impédance totale du circuit.

Relations utilisées :

Z = √(R² + (X_L − X_C)²) X_L = 2πfL X_C = 1 / (2πfC)

Le déphasage entre la tension et le courant vaut :

φ = arctan((X_L − X_C) / R)

La fréquence de résonance d'un circuit RLC série est donnée par :

f₀ = 1 / (2π√(LC))

Circuit avec diode

La diode laisse passer le courant dans un seul sens. En régime alternatif, elle réalise un redressement simple alternance. Deux diodes montées en sens opposés bloquent totalement le courant.

Exploiter les données dans le cahier d'expérience

Après un enregistrement, vous pouvez :

1. créer un tableau de données à partir des mesures ;

2. tracer la tension ou l'intensité en fonction du temps ;

3. ajouter une colonne calculée (par exemple la puissance P = U × I) ;

4. ajuster une courbe exponentielle pour un circuit RC ;

5. comparer les valeurs mesurées aux valeurs théoriques ;

6. produire un compte rendu illustré par la capture d'image.

Cette continuité entre simulation et analyse correspond à l'usage standard du cahier d'expérience dans FizziQ Web.

Conseils pour les enseignants

Activités suggérées

Débutant :

1. construire un circuit pile – résistance – ampèremètre ;

2. vérifier la loi d'Ohm en faisant varier la résistance ;

3. ajouter une ampoule et observer la luminosité.

Intermédiaire :

1. étudier la charge d'un condensateur à travers une résistance ;

2. analyser le redressement d'une tension alternative par une diode ;

3. observer une tension sinusoïdale sur un voltmètre.

Avancé :

1. construire un circuit RLC série ;

2. rechercher la fréquence de résonance ;

3. mesurer le déphasage entre tension et courant.

Points clés à observer

1. la tension aux bornes d'un conducteur ohmique est proportionnelle à l'intensité ;

2. un condensateur se charge puis bloque le courant continu ;

3. une bobine s'oppose aux variations d'intensité ;

4. l'impédance d'un condensateur diminue quand la fréquence augmente ;

5. l'impédance d'une bobine augmente quand la fréquence augmente ;

6. la diode a un comportement unidirectionnel.

Limites du modèle

Cette simulation utilise des simplifications adaptées à l'enseignement.

Principales limites :

1. seuls les circuits en série sont modélisés ;

2. la résistance interne des sources est fixée à une valeur par défaut ;

3. la diode est considérée comme idéale, sans chute de tension directe ;

4. les condensateurs et les bobines n'ont pas de pertes ;

5. en courant alternatif, seul le régime permanent est représenté.

Questions fréquentes

Pourquoi mon circuit reste-t-il ouvert alors que tout semble branché ?

Vérifiez que toutes les bornes sont vertes. Une borne rouge indique une connexion non réalisée. Vérifiez également que les interrupteurs éventuellement présents sont bien fermés.

Pourquoi le courant ne circule-t-il pas malgré une pile et une résistance ?

Le circuit doit former une boucle complète entre les deux bornes de la pile. Il faut au minimum relier la borne + à la borne − en passant par les autres composants.

À quoi sert l'ampèremètre et où le placer ?

L'ampèremètre mesure l'intensité du courant. Il se place en série, c'est-à-dire inséré directement sur le chemin du courant. Il ne modifie pas le circuit.

Comment mesurer une tension sans modifier le circuit ?

Utilisez le voltmètre. Ses deux sondes se posent simplement aux bornes du composant à étudier. Il n'est pas nécessaire de couper le circuit.

Pourquoi l'ampoule ne s'allume-t-elle pas ?

Plusieurs causes sont possibles : le circuit est ouvert, la tension est trop faible, ou la résistance totale est trop élevée pour fournir un courant suffisant.

Peut-on observer des phénomènes transitoires ?

Oui. En courant continu, la simulation modélise la charge et la décharge des condensateurs ainsi que l'établissement du courant dans les bobines.

Peut-on construire des circuits parallèles ?

Non. La simulation est limitée aux circuits en série, ce qui suffit pour aborder la plupart des notions d'électricité au collège et au lycée.

Voir aussi

1. Créer un tableau de données

2. Tracer un graphique dans FizziQ Web

3. Ajouter une colonne calculée

4. Ajuster une courbe

5. Exporter un rapport depuis le cahier d'expérience

6. Simulation d'oscillateur à ressort

7. Simulation du pendule

Éléments SEO

Titre SEO (balise title) : Simulation de circuit électrique dans FizziQ Web : guide complet

Méta-description (155 caractères) : Construisez des circuits électriques en série dans FizziQ Web. Mesurez tensions et intensités, étudiez la loi d'Ohm, les circuits RC, RL et RLC.

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Vous avez dit : C'est un mode d'emploi et pas une activité

C'est un mode d'emploi et pas une activité

22:58

Claude a répondu : Simulation de circuit électrique en série dans FizziQ Web : mode d'emploi

Simulation de circuit électrique en série dans FizziQ Web : mode d'emploi

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La simulation de circuits électriques de FizziQ Web permet de construire et d'analyser des circuits en série directement dans le navigateur. Elle modélise le comportement des composants passifs (résistances, condensateurs, bobines) et actifs (piles, générateurs alternatifs) avec une physique réaliste.

Ce mode d'emploi décrit l'ensemble des fonctionnalités disponibles : interface, composants, réglages, mesures, enregistrement et export des données.

Accéder à la simulation

Pour ouvrir la simulation :

1. ouvrez le menu Simulations ;

2. sélectionnez Circuits électriques.

Accès direct : https://fizziqweb.web.app/circuit

Comprendre l'interface

L'écran est organisé en trois zones : la palette de composants à gauche, la zone de simulation au centre et le panneau de contrôle à droite.

Palette de composants

La colonne de gauche regroupe l'ensemble des composants disponibles. Un clic sur une icône ajoute le composant correspondant dans la zone de simulation.

La palette contient, de haut en bas :

1. le bouton Paramètres ;

2. la pile ;

3. le générateur alternatif ;

4. le fil ;

5. la résistance ;

6. l'ampoule ;

7. le voltmètre ;

8. l'ampèremètre ;

9. le condensateur ;

10. la diode ;

11. la bobine ;

12. l'interrupteur.

Zone de simulation

La zone centrale affiche les composants placés et leurs connexions sur un fond quadrillé. Elle permet de :

1. déplacer les composants par glisser-déposer ;

2. relier les bornes en les rapprochant les unes des autres ;

3. visualiser la circulation des charges quand le circuit est fermé ;

4. accéder aux boutons IMG et REC en haut à droite ;

5. consulter l'état du circuit (fermé ou ouvert) et le nombre de composants en bas.

Panneau de contrôle

La colonne de droite affiche les propriétés du composant sélectionné. Elle permet de :

1. modifier les paramètres du composant (tension, résistance, capacité, etc.) ;

2. faire pivoter un composant de 90° ;

3. supprimer un composant ;

4. consulter l'état des bornes (libres ou connectées) ;

5. effacer l'ensemble du circuit avec le bouton Tout effacer.

Ajouter et connecter les composants

Ajouter un composant

Cliquez sur l'icône du composant dans la palette. Il apparaît dans la zone de simulation avec un léger décalage pour éviter les superpositions.

Déplacer un composant

Faites glisser le corps du composant pour le positionner librement dans la zone de simulation.

Connecter deux bornes

Les bornes sont représentées par des points colorés :

1. point rouge : borne libre ;

2. point vert : borne connectée ;

3. point bleu : borne sélectionnée.

Faites glisser une borne près d'une autre borne. Lorsque la distance devient suffisamment faible, la connexion se réalise automatiquement.

Faire pivoter un composant

Sélectionnez le composant puis utilisez les boutons de rotation (+90° ou −90°) dans le panneau de droite. Les fils et les voltmètres ne peuvent pas être pivotés.

Supprimer un composant

Sélectionnez-le puis cliquez sur Supprimer dans le panneau de droite. Le bouton Tout effacer supprime l'ensemble du circuit.

Les composants disponibles

Sources d'énergie

Pile : source de tension continue.

1. tension réglable de 1 à 30 V ;

2. valeur par défaut : 9 V.

Générateur alternatif : source de tension sinusoïdale.

1. tension maximale réglable de 1 à 50 V, valeur par défaut 5 V ;

2. fréquence réglable parmi : 0,5 ; 1 ; 1,5 ; 2 ; 3 ; 4 ; 5 ; 10 ou 50 Hz ;

3. valeur par défaut : 1 Hz.

Conducteurs et interrupteurs

Fil : conducteur de résistance nulle utilisé pour relier les composants.

Interrupteur : ouvre ou ferme le circuit. Son état bascule dans le panneau de droite.

Composants passifs

Résistance : conducteur ohmique.

1. valeur réglable de 1 à 1000 Ω ;

2. valeur par défaut : 100 Ω.

Ampoule : dipôle résistif qui s'allume au passage du courant.

1. résistance de filament réglable de 1 à 200 Ω ;

2. valeur par défaut : 10 Ω.

Condensateur : composant qui stocke des charges électriques.

1. capacité réglable parmi : 0,1 ; 0,5 ; 1 ; 2 ; 5 ; 10 ; 20 ; 50 ou 100 mF ;

2. valeur par défaut : 1 mF.

Bobine : composant inductif.

1. inductance réglable parmi : 0,1 ; 0,2 ; 0,5 ; 1 ; 2 ou 5 H ;

2. valeur par défaut : 1 H.

Diode : laisse passer le courant dans un seul sens. Peut être retournée avec la rotation.

Instruments de mesure

Voltmètre : mesure une différence de potentiel.

1. se branche avec deux sondes indépendantes (rouge pour le pôle positif, noire pour le pôle négatif) ;

2. ne modifie pas le circuit (haute impédance) ;

3. fonctionne même sans circuit fermé si les sondes touchent une source.

Ampèremètre : mesure l'intensité du courant.

1. se place en série dans le circuit ;

2. possède deux bornes fixes qui doivent être reliées au circuit.

Régler les paramètres des composants

Sélectionnez un composant en cliquant dessus. Son contour devient bleu et ses propriétés apparaissent dans le panneau de droite.

Les paramètres se règlent à l'aide de curseurs ou d'interrupteurs. Ils peuvent être modifiés à tout moment, y compris pendant une simulation en cours.

Ouvrir et fermer le circuit

Le circuit est considéré fermé lorsque les trois conditions suivantes sont réunies :

1. une source d'énergie (pile ou générateur) est présente ;

2. un chemin conducteur relie la borne positive à la borne négative de la source ;

3. tous les interrupteurs du chemin sont fermés.

L'état du circuit est affiché en bas de la zone de simulation (Circuit fermé ou Circuit ouvert).

Visualiser la circulation du courant

Lorsque le circuit est fermé, des points animés représentent la circulation des charges.

Deux modes d'affichage sont disponibles dans les Paramètres :

1. sens conventionnel (par défaut) : points rouges circulant du + vers le − ;

2. sens des électrons : points bleus circulant du − vers le +.

En courant alternatif, le sens de circulation s'inverse périodiquement. Lorsqu'une diode bloque le courant, les charges cessent de circuler.

Lire les mesures

Ampèremètre

L'ampèremètre affiche en continu l'intensité du courant qui le traverse. Le format dépend de la valeur :

1. supérieure à 1 A : affichage en ampères ;

2. inférieure à 1 A : affichage en milliampères.

L'indication "Pas de courant" apparaît si le circuit est ouvert.

Voltmètre

Le voltmètre affiche la différence de potentiel entre les extrémités de ses deux sondes. Le format dépend de la valeur :

1. supérieure à 1 V : affichage en volts ;

2. inférieure à 1 V : affichage en millivolts.

Le signe de la tension dépend de la position respective des sondes.

Enregistrer les données

Conditions d'enregistrement

Pour pouvoir enregistrer des données :

1. le circuit doit être fermé ;

2. au moins un ampèremètre ou un voltmètre doit être présent.

Lancer un enregistrement

Cliquez sur le bouton REC situé en haut à droite de la zone de simulation. Les mesures sont enregistrées au fil du temps, puis un aperçu dynamique s'affiche avant l'export automatique vers le cahier d'expérience.

Variables enregistrées

1. temps (en secondes) ;

2. tension en volts (pour chaque voltmètre présent) ;

3. intensité en ampères (pour chaque ampèremètre présent).

Si plusieurs instruments de même type sont présents, ils sont numérotés (voltage_1, voltage_2, etc.).

Régler la densité des mesures

Le bouton Paramètres permet de définir le nombre total de points enregistrés, entre 50 et 500 (200 par défaut).

1. source continue : 20 points par seconde ;

2. source alternative : 50 points par cycle.

Par exemple, avec 200 points et une source continue, l'enregistrement dure 10 secondes.

Capturer une image

Le bouton IMG situé en haut à droite de la zone de simulation enregistre une capture d'écran du circuit dans le cahier d'expérience. Cela permet :

1. d'illustrer un compte rendu ;

2. de conserver un schéma de circuit ;

3. de comparer plusieurs montages.

Utiliser les Paramètres

Le bouton Paramètres en haut de la palette ouvre une boîte de dialogue permettant de configurer :

1. le sens du flux affiché (électrons ou courant conventionnel) ;

2. le nombre de points enregistrés lors d'un REC (entre 50 et 500) ;

3. une information sur la durée d'enregistrement correspondante.

Exploiter les données dans le cahier d'expérience

Après un enregistrement, les mesures sont disponibles dans le cahier d'expérience. Vous pouvez :

1. afficher les données sous forme de tableau ;

2. tracer la tension ou l'intensité en fonction du temps ;

3. ajouter une colonne calculée (par exemple la puissance P = U × I) ;

4. ajuster une courbe ;

5. comparer les valeurs mesurées aux valeurs théoriques ;

6. produire un compte rendu illustré.

Limites du modèle

Cette simulation utilise des simplifications adaptées à l'enseignement.

Principales limites :

1. seuls les circuits en série sont modélisés (pas de circuits parallèles) ;

2. la résistance interne des sources est fixée à une valeur par défaut ;

3. la diode est idéale (pas de chute de tension directe) ;

4. les condensateurs et les bobines n'ont pas de pertes ;

5. en courant alternatif, seul le régime permanent est représenté.

Questions fréquentes

Pourquoi mon circuit reste-t-il ouvert alors que tout semble branché ?

Vérifiez que toutes les bornes sont vertes. Une borne rouge indique une connexion non réalisée. Vérifiez également que les interrupteurs éventuellement présents sont bien fermés.

Pourquoi le bouton REC ne fonctionne-t-il pas ?

L'enregistrement nécessite un circuit fermé et la présence d'au moins un ampèremètre ou d'un voltmètre. Sans instrument de mesure, aucune donnée ne peut être enregistrée.

Comment placer correctement un ampèremètre ?

L'ampèremètre se place en série, directement inséré sur le trajet du courant. Ses deux bornes doivent être reliées au circuit.

Comment mesurer une tension sans modifier le circuit ?

Utilisez le voltmètre. Ses deux sondes se posent aux bornes du composant à étudier, sans couper le circuit.

Peut-on changer les valeurs pendant la simulation ?

Oui. Tous les paramètres (tension, résistance, capacité, inductance, fréquence, état des interrupteurs) peuvent être modifiés à tout moment.

Peut-on construire des circuits parallèles ?

Non. La simulation est limitée aux circuits en série.

L'état du circuit est-il conservé ?

Oui. La configuration (composants, positions, connexions, mode d'affichage) est sauvegardée automatiquement et restaurée à la réouverture de la simulation.

Voir aussi

1. Créer un tableau de données

2. Tracer un graphique dans FizziQ Web

3. Ajouter une colonne calculée

4. Ajuster une courbe

5. Exporter un rapport depuis le cahier d'expérience

6. Simulation d'oscillateur à ressort

7. Simulation du pendule