- enseignement Catholique

HGT (ScG)
Physique
UAA1
AUTEUR : Philippe Godts
Fiche d’expérience 11
Lois de Kirchhoff
Objectifs d’apprentissage
Les expériences suivantes visent à se familiariser avec la loi des nœuds d’une part et la loi des
mailles d’autre part. Elles ne supposent pas l’utilisation des lois des associations des résistances, qui
ne sont pas au programme, mais proposent toutefois une variante avec l’utilisation de la loi d’Ohm.
Matériel suggéré
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Pile 4,5 V*1 ;
Ampoules sur soquet (6 V/0,1 A et 6 V/0,5 A) * ;
Résistances (100 Ω et 470 Ω)* ;
Mine de crayon
Voltmètre ;
Ampèremètre ;
Cordons à pinces crocos* ;
Eventuellement : sucres de connexion, élastiques, latte…
Santé, sécurité, notes techniques
Voir remarques générales dans le document relatif à la boîte électrique de base (BEB).
Procédure2
A. Loi des mailles
Raccorder l’ampoule L1 (6 V/0,1 A) et l’ampoule L2 (6 V/0,5 A) en série avec la pile et observer leurs luminosités
(L1 s’allume assez fort, tandis que L2 ne brille pratiquement pas).
A l’aide de l’ampèremètre, mesurer successivement le courant I quittant la borne positive de la pile, le courant I1
quittant l’ampoule L1 et le courant I2 quittant l’ampoule L2. Vérifier la loi des courants dans les branchements en
série.
A l’aide du voltmètre, mesurer successivement les tensions U aux bornes de la pile, U1 aux bornes de L1 et U2
aux bornes de L2. Vérifier la loi des tensions dans les branchements en série et généraliser aux mailles.
Proposer en outre une explication pour les différences de luminosités observées pour les ampoules (La tension
aux bornes de l’ampoule L1 est plus élevée que celle aux bornes de l’ampoule L2 : cette dernière brille moins fort
que la première).
1
(*) Ce matériel est inclus dans la boîte électrique de base (BEB).
2
Les montages suivants peuvent être effectués au moyen des cordons à pinces crocos, mais on pourra également utiliser
un sucre (élément à visser, utilisé pour raccorder les lustres) par exemple pour les connexions entre deux résistances, de
manière à gagner de la place et de la stabilité. De plus, il peut être utile de fixer les petits composants à un objet plus stable
(par exemple une latte) au moyen d’un élastique.
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B. Circuit diviseur de tension
Raccorder les résistances R1 (470 Ω) et R2 (100 Ω) en série avec la pile.
A l’aide du voltmètre, mesurer successivement les tensions U aux bornes de la pile, U1 aux bornes de R1 et U2
aux bornes de R2. Vérifier la loi des mailles pour les tensions.
Calculer les rapports des tensions partielles U1/U2 et des résistances R1/R2. Est-ce un hasard si ces deux
rapports sont pratiquement les mêmes ? (Non : comme R = U/I et que les courants sont les mêmes dans les
deux résistances raccordées en série, les deux rapports devraient être identiques. Les écarts éventuels
proviennent d’erreurs de mesure.)
C. Loi des nœuds
Raccorder l’ampoule L1 (6 V/0,1 A) et l’ampoule L2 (6 V/0,5 A) en parallèle avec la pile et observer leurs
luminosités (L2 brille cette fois plus fort que L1).
A l’aide du voltmètre, mesurer successivement les tensions U aux bornes de la pile, U1 aux bornes de L1 et U2
aux bornes de L2. Vérifier la loi des tensions dans les branchements en parallèle.
A l’aide de l’ampèremètre, mesurer successivement le courant I quittant la borne positive de la pile, le courant I1
arrivant dans l’ampoule L1 et le courant I2 arrivant dans l’ampoule L2. Vérifier la loi des courants dans les
branchements en parallèle et généraliser aux nœuds. Proposer en outre une explication pour les différences de
luminosités observées pour les ampoules (Le courant circulant dans l’ampoule L1 est plus faible que celui
circulant dans l’ampoule L2, alors que la tension est identique : cette dernière brille plus fort que la première).
D. Circuit diviseur de courant
Raccorder les résistances R1 (470 Ω) et R2 (100 Ω) en parallèle avec la pile.
A l’aide de l’ampèremètre, mesurer successivement le courant I quittant la borne positive de la pile, le courant I1
arrivant dans la résistance R1 et le courant I2 arrivant dans la résistance R2. Vérifier la loi des nœuds pour les
courants.
Calculer les rapports des courants partiels I2/I1 et des résistances R1/R2. Est-ce un hasard si ces deux rapports
sont pratiquement les mêmes ? (Non : comme R = U/I et que les tensions sont les mêmes aux bornes des deux
résistances raccordées en parallèle, les deux rapports devraient être identiques. Les écarts éventuels
proviennent d’erreurs de mesure.)
Notes pour le professeur
Comme les ampoules n’ont pas une résistance constante, la loi d’Ohm n’y est pas vérifiée. On ne peut donc pas
observer la même régularité entre les tensions aux bornes de deux ampoules raccordées en série, comme dans
le cas de deux résistances.
Variante
On pourra refaire le circuit du point B en raccordant cette fois les deux résistances en série à un générateur
variable et en changer progressivement la tension entre 0 et 6 V. On vérifiera alors que le rapport des tensions
partielles U1/U2 reste pratiquement constant.
De même, on pourra refaire le circuit du point D en raccordant cette fois les deux résistances en parallèle à un
générateur variable et en changer progressivement la tension entre 0 et 6 V. On vérifiera alors que le rapport des
courants partiels I1/I2 reste pratiquement constant.
Pour aller plus loin
Mesurer les tensions et les courants partiels dans un circuit d’alimentation d’une LED, d’un
potentiomètre ou d’un rhéostat.
Développements attendus principalement visés
Restituer un schéma du circuit d’alimentation d’une LED, d’un potentiomètre et d’un rhéostat (C5).
L’élève réalise le schéma du circuit d’alimentation d’une LED, d’un potentiomètre ou d’un rhéostat.
Mesurer et vérifier par calcul la valeur de l’intensité de courant traversant un élément de circuit ou de
la tension appliquée à cet élément dans un circuit (A2).
L’élève utilise de manière adéquate un ampèremètre et un voltmètre. En outre, il utilise la relation P =
U.I, les lois d’Ohm, des nœuds et des mailles pour confirmer ces mesures.
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