Les lumières de Noël sont-elles en série ou en parallèle ?

Pourquoi vos lumières de Noël ne fonctionnent-elles pas ? Malheureusement, dans le cas où une guirlande de lumières s’éteint sur votre arbre, le remplacement du brin est généralement la meilleure option. Il est assez difficile de trouver la seule ampoule qui cause le problème. Cependant, c’est le moment idéal pour examiner la différence entre les circuits en série et les circuits en parallèle.

Un circuit simple

À peu près le circuit le plus simple que vous pouvez créer n’utilise qu’une pile et une ampoule. Dans une activité amusante, vous pouvez donner à une personne un fil, une pile et une ampoule. Demandez à la personne de faire briller l’ampoule. Il est possible de faire en sorte que cela fonctionne, mais cela peut tout de même causer quelques problèmes aux gens.

Pour que l’ampoule brille, il faut un circuit complet. Il doit y avoir un chemin pour que le courant sorte d’une extrémité de la pile, passe par le filament de l’ampoule, puis retourne à la pile. Voici comment cela pourrait fonctionner.

Lorsque le courant passe dans le filament, celui-ci devient super chaud. Les choses super chaudes brillent. C’est tout ce que fait l’ampoule. Mais pourquoi le verre à l’extérieur ? Il est là pour éloigner l’air du filament super chaud. Avec de l’air en contact avec le filament, il brûlerait.

Si vous enlevez une seule des pièces pour le circuit complet, il n’y aurait pas de courant et pas d’ampoule qui brille.

Les ampoules en série

Maintenant, vous voulez connecter deux ampoules à la batterie. Voici une façon de le faire.

Dans ce cas, il n’y a qu’un seul chemin à suivre pour le courant. Le courant qui passe par la première ampoule passe également par la deuxième ampoule. Si vous retirez une partie de ce circuit (comme retirer une ampoule), tout s’éteint. Si tu veux, tu peux faire un circuit similaire avec 10 ou 20 ampoules. Il suffit de les connecter toutes en ligne pour que le même courant passe par chacune d’elles. Il s’agit d’une connexion en série.

Ampoules en parallèle

Il existe une autre façon de connecter deux ampoules. Découvrez-la.

La différence dans ce circuit est que chaque ampoule a son propre « chemin » vers la batterie. Si vous cassez une de ces ampoules, cela ne fait pas vraiment quelque chose à l’autre ampoule.

Voici une démonstration rapide montrant la différence entre les ampoules en série et les ampoules en parallèle.

Oh, et tout comme les ampoules en série, vous pouvez faire cela avec beaucoup, beaucoup d’ampoules.

Lumières de Noël

Maintenant, nous pouvons passer aux choses amusantes. Qu’en est-il des lumières que vous mettez sur votre arbre de Noël ? Ces ampoules sont-elles en série ou en parallèle ? Qu’en pensez-vous ? Voici deux indices.

Indice numéro 1 : si vous retirez une des ampoules d’un brin, le reste des lumières s’éteint. Bon, ce n’est pas toujours vrai. De nombreuses ampoules sont en fait deux jeux de fils. Si vous retirez une ampoule, la moitié du brin s’éteint.

Ici, vous pouvez voir que ce brin a une ampoule retirée et qu’aucune des autres lumières n’est allumée (même si le courant est allumé).

Introduction numéro 2 : dans certains cas, l’une des ampoules d’un brin peut  » brûler « . Lorsqu’une ampoule brûle, cela est généralement dû à un filament cassé (ou fondu). Dans ce cas, le brin ressemblerait à ceci .

Vous remarquez qu’une ampoule est effectivement éteinte mais que les autres ampoules sont allumées. Mais le filament est-il réellement cassé ? Oui, si vous regardez de près, vous pouvez voir quelque chose comme ceci.

Ok, maintenant quelle est la réponse ? Les ampoules sont-elles en série ou en parallèle ? D’après l’indice 1, il semble que les ampoules soient en série. En se basant sur l’indice 2, il semble qu’elles soient en parallèle. La réponse est que les lumières sont en série. Ouaip.

Mais comment c’est possible ? Comment pouvez-vous avoir une lumière avec un filament cassé et avoir quand même les autres lumières allumées ? Dans le monde de la physique, on appelle cela « la magie de Noël ». Bon, pas vraiment. La réponse est que les lumières sont connectées en série mais que les ampoules ont un truc.

Regardons de plus près l’une des ampoules du toron.

Voici une vue d’une ampoule cassée. Au bout des poteaux métalliques, vous pouvez voir le filament cassé – c’est donc une ampoule grillée (de plus, j’ai cassé le verre pour que vous puissiez mieux voir). Mais qu’en est-il de ce fil métallique enroulé autour des poteaux (indiqué par la flèche rouge) ? A quoi sert-il ? S’il s’agissait d’un fil normal, l’ampoule serait court-circuitée. Cela signifierait que la majeure partie du courant traversant cette ampoule passerait par ce fil et non par le filament. Avec très peu de courant, le filament ne brillerait pas.

Donc, pour que cette ampoule fonctionne correctement dans un toron (avec un bon filament), il ne devrait pas y avoir de courant passant par ce fil de dérivation. Ok, maintenant laissez-moi faire quelques suppositions sur le fonctionnement de cette lumière de Noël magique. Oui, je pourrais ues l’internet pour en savoir plus sur cette ampoule, mais j’aime vraiment deviner.

• Comme je l’ai dit, dans une ampoule qui fonctionne, ce fil ne conduit pas le courant électrique. Il doit y avoir un type d’isolant entre le fil de dérivation et la borne du filament.
• Lorsque le filament brûle, tout le courant passant dans toutes les ampoules en série s’arrête.
• Sans courant passant dans les ampoules, il y a une différence de potentiel élevée entre le fil de dérivation et l’une des bornes du filament (je vais montrer pourquoi ci-dessous). Cette haute tension (120 volts) sur une très courte distance produit un champ électrique très élevé.
• Si le champ électrique est suffisamment élevé, il pourrait provoquer une rupture électrique dans le matériau et le transformer d’isolant en conducteur.
• Boom. Le reste des lumières fonctionne maintenant (mais cela ne fait probablement pas de bruit de boum).

Mais comment un filament cassé produit-il une haute tension directement au niveau de l’ampoule qui est cassée ? Faisons comme si nous avions un circuit différent. Dans celui-ci, j’ai 5 ampoules en série connectées à une batterie. Oh, et toutes les ampoules fonctionnent.

Supposons que chaque ampoule a une résistance R (peu importe que les ampoules soient non-ohmique). Si j’ai une pile de 10 volts qui leur est connectée, alors la variation totale du potentiel électrique autour de la boucle doit être de zéro volt. De plus, puisque les ampoules sont en série, elles doivent avoir le même courant électrique (I). Cela signifie que je peux écrire :

Donc, chaque ampoule a un potentiel électrique de 2 volts à ses bornes. Mais maintenant, disons qu’une de ces ampoules se casse. Avec un circuit ouvert, il n’y a plus de courant. Voici le nouveau schéma.

Même s’il y a une coupure, la variation du potentiel électrique autour de cette boucle doit toujours être de zéro volt. Mais comme il n’y a pas de courant électrique, la variation de potentiel à travers chaque résistance est nulle. Cela signifie que les 10 volts complets doivent se trouver aux bornes de l’espace. Ce potentiel de 10 volts crée un champ électrique important qui brise l’isolant. C’est la magie des lumières de Noël.

Mes lumières ne fonctionnent toujours pas.

Ces ampoules ont ce fil de dérivation génial à l’intérieur des ampoules. Cependant, si l’ampoule n’est même pas branchée, même le fil de dérivation ne fonctionnera pas. Donc, si vous avez un brin qui ne fonctionne pas, voici quelques choses que vous pouvez essayer.

1. Est-il branché ? Oui, vous devez vérifier cela. Un brin de lumières qui n’est pas branché ne fonctionnera pas. Si vous avez des lumières branchées à l’extérieur et qu’elles sont mouillées, elles risquent de déclencher votre disjoncteur de fuite à la terre (GFI). Ces disjoncteurs se trouvent sur les prises de courant de votre salle de bains (avec le bouton de test et de réinitialisation). Lorsque le circuit est mouillé, il peut le déclencher.

2. Vérifiez le fusible. Je suppose que vous avez vérifié votre disjoncteur domestique. Si celui-ci était déclenché, vous pourriez probablement le dire à cause des autres choses qui ne fonctionnaient pas. Mais il y a aussi des fusibles dans la petite prise au bout du brin. Il y a une porte coulissante et ça ressemble à ça.

Si vous connectez trop de brins de lumières ensemble, le courant sera trop important. Le fusible se déclenchera pour éviter que ces choses ne deviennent trop chaudes. Cependant, il arrive que ces petits fusibles se desserrent après avoir entreposé les lumières pendant la saison morte. Cela ne fait pas de mal de les vérifier.

3. Cherchez une ampoule desserrée. Si un brin ne fonctionne pas et que vous avez vérifié les autres éléments, il y a de fortes chances que le problème soit une ampoule desserrée. Il peut être assez difficile de localiser une ampoule desserrée. Normalement, j’appuie sur chaque ampoule pour voir si le faisceau de lumières s’allume. Il existe également un outil spécial que vous pouvez utiliser. Le mien ressemble à ceci :

Je ne suis pas tout à fait certain, mais je pense que ce truc détecte les petits courants électriques. Si vous avez une ampoule desserrée, il y aura un léger courant alternatif allant et venant de la prise à la rupture. De l’autre côté de la coupure, il n’y aura pas le même courant. Vous pouvez détecter un courant en détectant les champs magnétiques qui l’accompagnent. Mais maintenant, je ne suis pas sûr que ce soit la façon dont ces détecteurs fonctionnent. Je vais devoir y réfléchir un peu.

4. Vérifier s’il y a des écureuils. Oui. Regardez ces lumières sur un arbre dans ma cour avant.

Je suppose que les écureuils détestent Noël.

Oh, et juste pour le plaisir, j’ai fait une version vidéo de cette même chose.