TRAVAUX PRATIQUES DE PHYSIQUE - 1 S 1ère partie : Etude du

TRAVAUX PRATIQUES DE PHYSIQUE - 1 S
1ère partie :
ETUDE DU COMPORTEMENT D’UNE PILE LORSQU’ELLE ALIMENTE DES LAMPES DIFFERENTES.
1. Problème posé :
Les mesures faites à la séance de T.P. précédente avec une pile dite "de 4,5 V" ont montré que la tension fournie par la
pile n’était pas forcément de 4,5 V. On peut donc se poser les questions suivantes :
- A quoi correspond la valeur inscrite sur la pile ?
- Cette pile fournit-elle la même tension au circuit quels que soient les éléments qui le constituent ?
2. Matériel à votre disposition :
pile, pinces crocodiles, interrupteur, fils de connexion , platine de connexion munie d’une douille ainsi que les lampes
suivantes : (3,5 V ; 0,2 A) – (6 V ; 0,35 A) – (6 V ; 0,1 A) – (2,5 V ; 0,1 A) – (12 V ; 0,1 A)
3. Travail demandé :
 Faire d’abord une mesure de la tension existant aux bornes de la pile seule (lorsqu’elle ne débite pas de
courant). La valeur mesurée sera notée E.
 Faire le schéma du montage permettant d’allumer une lampe avec la pile et de mesurer l’intensité I du courant
dans le circuit ainsi que la tension UPN aux bornes de la pile. Faire vérifier par le professeur.
 Après vérification, faire le montage, interrupteur ouvert, en plaçant l’une des lampes mises à votre disposition.
Disposer les éléments dans le même ordre que sur votre schéma.
 Faire les mesures de I et UPN (*). Noter les valeurs. Faire les mêmes mesures pour chacune des lampes.
(*)  Pour éviter d’user prématurément la pile et ne pas fausser les mesures, ne fermer le circuit avec chaque lampe que quelques
secondes, le temps de faire les mesures.
2ème partie
CIRCUIT SERIE OU CIRCUIT DERIVATION : QUELLE(S) DIFFERENCE(S) ?
Pour cette deuxième partie, vous utiliserez un générateur alimenté par le courant du secteur réglé sur 6 V.
2.1. Circuit série
 Brancher l’alimentation (générateur). L’allumer et mesurer la tension UPN à ses bornes (courant continu ;
bornes rouge et noire).
 Faire un montage en série comportant cette alimentation, la lampe (6V ; 0,1 A) et la résistance de 220 .
 Mesurer la tension UPN ainsi que celle aux bornes de chacun des récepteurs, et l’intensité du courant. Noter vos
valeurs ainsi que la façon dont brille la lampe.
 Rajouter une résistance de 470  et refaites les mêmes mesures. Noter les valeurs et faire un schéma
correspondant à votre montage.
2.2. Conducteurs ohmiques en série
 Débrancher le générateur et ne garder sur la platine que les résistances de 220  et 470 .
 Mesurer la résistance équivalente à ces deux résistances. Noter la valeur.
 Ajouter la résistance de 1000  et mesurer à nouveau la résistance équivalente. Noter la valeur.
2.3 Circuit dérivation (ou parallèle).
 Reproduire le schéma ci-contre :
 Noter la façon dont brille la lampe.
 Mesurer les intensités I, I1, I2 I3 et I4. (Réfléchir à l’endroit où vous
mettez l’ampèremètre !) . Noter vos valeurs.
 Démonter tout.
2.4. Résistances en dérivation.




Mettre une résistances de 220  et celle de 470  en dérivation.
Mesurer la résistance équivalente et noter cette valeur.
Ajouter la résistance de 1000  et mesurer la nouvelle résistance équivalente.
Démonter le matériel et le ranger.
I
A
B
I1
(6V ; 0,1 A)
220 
470 
L
I2
I3
D
I4
C
TRAVAUX PRATIQUES DE PHYSIQUE - 1 S
EXPLOITATION (à faire à la maison pour le cours suivant) :
1ère partie :
1. Étude de la courbe :
Reporter les valeurs sur un graphe représentant UPN en fonction de I : UPN = f(I). Ce graphe est appelé
caractéristique de la pile
- Les points expérimentaux s’inscrivent-ils sur une droite ? Si oui, tracer cette droite avec le plus de précision possible.
- Son équation est alors de la forme UPN = aI + b.
- A quoi correspond l’ordonnée à l’origine ? Quelle est son unité ? Cette grandeur est appelée force électromotrice de
la pile.
- Exprimer littéralement le coefficient directeur de la droite. En quelle unité se mesure s’exprime-t-il ?
- Calculer l’opposé du coefficient directeur. De quelle grandeur s’agit-il ?
- Réécrire l’équation de la droite qui exprime la tension UPN "utile" aux bornes de la pile en fonction de l’intensité
qu’elle débite. (Cette expression est parfois appelée : loi d’Ohm pour le générateur)
2. Interprétation :
Nous avons vu que la pile est un générateur qui a pour fonction de transformer de l’énergie chimique en énergie
électrique. Soit I l’intensité du courant débité par la pile.
- Donner l’expression de la puissance "chimique" de la pile Pch. (Réfléchir à la tension qui peut intervenir dans
cette expression).
- Donner l’expression de la puissance électrique Pe fournie par la pile au circuit.
- La différence entre ces deux puissances (c’est donc une puissance) est liée à la grandeur calculée à la fin du 1. :
à quoi correspond cette puissance ? Donner son expression.
Donner une conclusion sur les transferts énergétiques qui ont lieu dans ce type de générateur.
2ème partie :
TRAVAUX PRATIQUES DE PHYSIQUE - 1 S
2.1. Circuit série
Le générateur :
- Se comporte-t-il comme la pile ?
- Justifier l’appellation "alimentation stabilisée" que l’on donne à ce genre de générateur.
- Quelle est la résistance interne de ce générateur ?
- Quelle relation peut-on écrire entre UPN et E ?
Le circuit récepteur :
- Que font la tension aux bornes de chaque récepteur et l’intensité du courant lorsqu’on ajoute un élément ?
- Calculer la puissance fournie par le générateur et celle absorbée par chacun des récepteurs.
- Que peut-on en déduire sur l’énergie fournie par le générateur ? Traduire cela par une égalité entre cette énergie
fournie par le générateur et celles consommées par les récepteurs.
2.2. Conducteurs ohmiques (ou résistances) en série.
-
Traduire les mesures faites en T.P. par une loi d’association des résistances en série.
Justification de cette loi : supposons que l’on ait trois conducteurs ohmiques de résistances R 1, R2 et R3 montés
en série aux bornes P et N d’un générateur de tension continue. On appelle R e la résistance équivalente à ces
trois résistances et I l’intensité du courant dans le circuit.
 Exprimer UPN (ou E) en fonction de Re et I.
 Exprimer l’énergie fournie par le générateur pendant la durée t en fonction de Re, I et t.
 Exprimer l’énergie consommée par chaque conducteur ohmique pendant la durée t en fonction de sa
résistance, de I et t.
 Écrire pour ce circuit l’égalité exprimée à la fin du 2.1.
 Simplifier la relation pour retrouver la loi (ou relation) concernant des résistances en série.
2.3. Circuit en dérivation
-
Les points A, B, C et D du circuit sont appelés des nœuds. Comment peut-on définir un nœud ?
A partir des mesures faites en T.P. établir et exprimer la loi des nœuds. La traduire par une égalité.
Justification : elle se fera en cours en classe entière.
Application de la loi des nœuds : pourquoi recommande-t-on de ne pas brancher trop d’appareils sur la même prise
en utilisant des multiprises, par exemples ?
2.4. Résistances en dérivation.
-
Calculer la conductance correspondant à chacune des résistances utilisées.
Calculer la conductance Ge correspondant à la résistance équivalente pour les deux mesures effectuées.
En déduire la loi d’association des conducteurs ohmiques montés en dérivation en termes de conductance d’abord
puis en termes de résistances. Traduire cela par des égalités.