le circuit série des ampoules

CIRCUITS ELECTRIQUES
BUT:
Monter des circuits simples
Savoir mesurer une différence de potentiel U et une
intensité I
Observer les différences entre un circuit série et un circuit
parallèle
MATERIEL:
un générateur
Trois résistances R1, R2 et R3
Des fils de connexion
1 voltmètre
1 ampèremètre
Trois résistances avec ampoules
THEORIE:
 La résistance est la propriété qu'un matériau à ralentir, ou
résister, à un courant électrique. Désignée par la lettre R, la
résistance a pour symbole l'Ohm [Ω]. La résistance est
notamment prise en compte dans la formule suivante:
R= ρ
𝐿
𝑆
Ici est pris en compte:
𝜌 Pour la résistivité d’un matériau avec comme unité l’Ohm
mètre [Ω ∙ 𝑚]
L pour la longueur de la résistance en mètre [m]
S pour la section de la résistance en mètre carré [m2]
 La loi d'Ohm permet de calculer l'intensité d'un courant en
fonction de la résistance et de la tension aux bornes de la
résistance. La loi d'Ohm utilise comme équation:
U=R∙I
Ici est pris en compte:
U pour la tension ou différence de potentiel (ddp) en Volt [V]
R pour la résistance mesurée en Ohm [Ω]
I en référence à l'intensité du courant mesuré en ampères [A]
 La puissance électrique, notée P et qui a pour unité les Watt
[W], est le produit de la tension électrique et de l'intensité du
courant. La formule pou la puissance électrique est :
𝑃=𝑈∙ 𝐼
Ici pris en compte:
P comme la puissance électrique qui a pour unités les Watt [W]
U pour la tension, notée en Volt [V]
I pour l'intensité du courant mesuré en Ampères [A]
La relations entre la Puissance électrique P, la ddp U et
l'intensité du courant I est celle de la prise en compte de
chacune dans la formule: P = U ∙ I
Si la tension baisse, automatiquement une / les deux autres
données vont baisser, et inversement.
 Le montage en série a comme spécificité que toutes les
résistances sont traversées par le même courant électrique
qui garde son intensité I [A] idem partout. Les propriétés du
circuit applique les formules si dessous:
𝑅𝑡𝑜𝑡. = 𝑅1 + 𝑅2 +. . . + 𝑅𝑛
𝑈𝑡𝑜𝑡. = 𝑈1 + 𝑈2 +. . . + 𝑈𝑛
𝐼𝑡𝑜𝑡. = 𝐼1 = 𝐼2 =. . . = 𝐼𝑛
𝑃𝐺 = 𝑃1 + 𝑃2 +. . . +𝑃𝑛
 Le circuit parallèle, lui, subit la même tension dans tout le
circuit, mais, l'intensité du courant change. Le circuit parallèle
prend en compte les mêmes données que le circuit série,
mais les formules changent:
1
𝑅é𝑞𝑢.
=
1
1
1
=
=. . . =
𝑅1 𝑅2
𝑅𝑛
𝑈𝐺 = 𝑈1 = 𝑈2 =. . . = 𝑈𝑛
𝐼𝐺 = 𝐼1 + 𝐼2 = +. . +𝐼𝑛
𝑃𝐺 = 𝑃1 + 𝑃2 +. . . +𝑃𝑛
EXPERIENCE:
A) Montage en Série :
1.
2. Tableau des données du circuit série avec les ampoules:
U[V]
I[A]
P[W] (P=U∙I)
R[Ω] (R=𝑈⁄𝐼)
Générateur
12
0,0786
0,9432
152,67
R1
4,20
0,0789
0,33138
53,23
R2
4,0
0,0789
0,3156
50,69
R3
3,78
0,0788
0,297854
48,22
Tableau des données de circuit série avec les
résistances:
U[V]
I[A]
P[W] (P=U∙I)
R[Ω] (R=𝑈⁄𝐼)
Générateur
12
0,0625
0,75
192
R1
6,3
0,0624
0,39312
100,96
R2
4,3
0,0625
0,26875
68,8
R3
1,38
0,0627
0,023826
28,71
3. Les propriétés essentielles du circuit série sont:
𝑅𝑡𝑜𝑡. = 𝑅1 + 𝑅2 +. . . + 𝑅𝑛
𝑈𝑡𝑜𝑡. = 𝑈1 + 𝑈2 +. . . + 𝑈𝑛
𝐼𝑡𝑜𝑡. = 𝐼1 = 𝐼2 =. . . = 𝐼𝑛
𝑃𝐺 = 𝑃1 + 𝑃2 +. . . +𝑃𝑛
Nous allons vérifier ces formules avec le circuit série des
ampoules:
𝑅𝑡𝑜𝑡. = 53,23 + 50,69 + 48,22 = 152,14[Ω]
Ce qui équivaut presque au résultat trouvé pour la
résistance du générateur, qui était de 152,67[Ω].
𝑈𝑡𝑜𝑡. = 4,2 + 4,0 + 3,78 = 11,98[𝑉]
Ce qui est à quelques centièmes de Volt près, le résultat
obtenu lors des mesures qui était de 12[V].
𝐼𝑡𝑜𝑡. = 0,0789 = 0,0789 = 0,0788 = 0,0789[𝐴]
Ici aussi, le résultat obtenu par calcul est proche de celui
obtenu en laboratoire, qui est de 78,6[A].
𝑃𝐺 = 0,33138 + 0,3156 + 0,297854 = 0,944834[𝑊]
Même constatation que les calculs précédents, le résultat
est proche de celui obtenu en laboratoire, qui est de
0,9432[W].
Nous allons vérifier les données du circuit série des
résistances.
𝑅𝑡𝑜𝑡. = 100,96 + 68,8 + 28,71 = 198,47[Ω]
𝑈𝑡𝑜𝑡. = 6,3 + 4,3 + 1,38 = 11,98[𝑉]
𝐼𝑡𝑜𝑡. = 0,0625 = 0,0624 = 0,0625 = 0,0625[𝐴]
≃ 192[Ω]
≃ 12 [V]
≃ 0,0625[𝐴]
𝑃𝐺 = 0,39321 + 0,26875 + 0,023826 = 0,680246[𝑊]
≃ 0,75[W]
En conclusion, on constate que le montage en série a comporté quelques
erreurs de calculs ou de prises de mesures, mais que toutefois, les résultats
obtenus restent proches de ceux calculés.
B) MONTAGE EN PARALLELE:
1) Données du tableau des ampoules en parallèle:
U[V]
I[A]
P[W] (P=U∙I)
R[Ω] (R=𝑈⁄𝐼)
Générateur
12
0,446
5,352
26,90
R1
12
0,1498
1,7976
80,10
R2
12
0,1493
1,7916
80,37
R3
12
0,1476
1,7712
81,30
Données du tableau des résistances en parallèle:
U[V]
I[A]
P[W] (P=U∙I)
R[Ω] (R=𝑈⁄𝐼)
Générateur
12
0,827
9,924
14,51
R1
12
0,1182
1,4184
101,52
R2
12
0,540
6,48
̅̅̅̅
22,22
R3
12
0,1728
2,0736
69,4̅
Les propriétés du circuit en parallèle sont:
1
𝑅é𝑞𝑢.
=
1
1
1
=
=. . . =
𝑅1 𝑅2
𝑅𝑛
𝑈𝐺 = 𝑈1 = 𝑈2 =. . . = 𝑈𝑛
𝐼𝐺 = 𝐼1 + 𝐼2 +. . . +𝐼𝑛
𝑃𝐺 = 𝑃1 + 𝑃2 +. . . +𝑃𝑛
Pour le circuit des résistances:
1
𝑅é𝑞𝑢.
=
1
1
1
=
=
101,52 22,22 69,4
→ 𝑅é𝑞𝑢. ≃ 14,51[Ω]
𝑈𝐺 = 12 = 12 = 12 = 12[𝑉]
𝐼𝐺 = 0,1182 + 0,540 + 0,1728 =0,831[A]
✓
≃ 0,827[A]
𝑃𝐺 = 1,4184 + 6,48 + 2,0736 = 9,972 [𝑊]
≃ 9,924[𝑊]
Pour le circuit des ampoules:
1
𝑅é𝑞𝑢.
=
1
1
1
=
=
80,10 80,37 81,30
→ 𝑅é𝑞𝑢. ≃ 26,9[Ω]
𝑈𝐺 = 12 = 12 = 12 = 12[𝑉]
𝐼𝐺 = 0,1498 + 0,1493 + 0,1476 = 0,4467[𝐴]
𝑃𝐺 = 1,7976 + 1,7916 + 1,7712 = 5,3604 [𝑊]
✓
≃ 0,446[𝐴]
≃ 5,352[𝑊]
En conclusion, les propretés du
circuit parallèle sont respectées. La résistance totale équivaut à l’adition de
toutes les résistances, la tension est la même dans tout le circuit, l’intensité
totale du circuit équivaut à l’adition des intensités de toutes les résistances, et
de même pour la puissance électrique.
C) Comparaison des deux montages :1) Chaque lampe comporte une tension nominale et une intensité
nominale, souvent notés sur leur culot. Ces intensités et tension
notées sont notées pour indiquer de quel tension et intensité à besoin
la lampe afin de fonctionner tout à fait normalement. Donc, le
fonctionnement d’une lampe dépend de la tension et/ou puissance
fournie par le générateur en fonction de sa tension et/ou puissance
nominale. Attention, si la tension reçue est proche de la tension
nominale, la puissance l’est aussi.
Si une ampoule reçoit une puissance inférieure à sa
puissance nominale, elle est en sous-puissance, son éclat est faible.
Si une ampoule reçoit une puissance supérieure à sa puissance
nominale, elle est en surpuissance et sa brillance est forte: la lampe
risque de griller rapidement.
Si une ampoule reçoit une puissance proche de
sa puissance nominale ca veut dire que l’ampoule est adaptée au
générateur et donc, sa luminosité est normale.
2) En complément du point n°1, on peut déterminer que le montage le
plus adéquat pour monter plusieurs ampoules ensemble est le montage
en parallèle. La tension du générateur reste la même dans tout le
circuit, ce qui permet aux ampoules de fonctionner normalement sans
perdre de leur intensité. De plus, si une ampoule casse ou se trouve
débranchée, le courant continue de fonctionner et de circuler
normalement et permet donc de garder les ampoules allumées.