TP de Ph ysique Objectifs du TP Documents utiles Travail à effectuer

Mesures en Continu - MPSI 1 Lycée Chaptal - 2012
Objectifs du TP
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Documents utiles
• Le chapitre sur les dipôles en régime continu ;
• La fiche « Généralités sur l’instrumentation électrique ».
TP de Physique
Mesures en Continu Élec . 1
Savoir mesurer des résistances, tensions et intensités dans un circuit ;
Vérifier les modélisations de Thévenin et Norton ;
Savoir régler une alimentation stabilisée ;
Connaître le matériel usuel en TP d’élec.
Travail à effectuer
Effectuer un compte-rendu (une feuille double maximum environ hors dessins). Celui-ci comportera une courte
introduction d’une ou deux phrases présentant le TP et ses objectifs. Il répondra alors aux questions posées dans
chaque partie mais sa lecture doit pouvoir s’effectuer sans l’énoncé. Enfin, une conclusion, courte également,
permettra de vérifier que les objectifs sont bien atteints. Il est inutile de rappeler dans le compte rendu les questions
posées, celui-ci doit vraiment pouvoir être lu comme un exposé autonome. Cette forme du compte-rendu est
ce qui est attendu le jour J en TP : un compte rendu complet, concis et court. Les questions sont là
pour vous aider et vous guider dans la rédaction du compte rendu final. Des durées indicatives sont fournies pour
bien gérer le temps.
La première partie du TP est un (r)appel de cours de secondaire. Les parties II et III du TP sont indépendantes.
Pour s’attaquer aux deux dernières il faut avoir réalisé la III. Le TP n’est pas compliqué mais plus long que
d’habitude, attention !
I - Point de cours : les différents types d’erreurs - 3 min
Soit une grandeur g dont on a effectué une mesure g mes et dont la valeur théorique est g théo . L’erreur commise
correspond à la différence entre ces deux valeurs (souvent « dans le sens » (g mes − g théo )), l’erreur absolue étant
la valeur absolue. L’erreur relative correspond à la quantité (g mes − g théo )/g théo 1 et l’erreur relative absolue à
la valeur absolue de l’erreur relative. Ces deux dernières définitions permettent d’exprimer en pourcentages l’écart
entre les valeurs théorique et mesurée. En effet, une valeur ne veut en général rien dire si on ne la compare pas à
quelque chose : un écart de température de 10 degrés peut être une valeur très importante comme quelque chose
de tout à fait négligeable, selon que l’on s’intéresse à une température usuelle ou à celle du Soleil. Les notions de
grandeur relatives sont donc les plus importantes et celles qui ont le plus de « sens ».
1. On peut en fait prendre également la valeur mesurée au dénominateur, car les interprétations seront les mêmes : que ce soit l’une
ou l’autre des valeurs au dénominateur, si dans un cas l’erreur est importante, celle avec l’autre valeur le sera également, et de même
pour une erreur faible.
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Mesures en Continu
II - Vérification des lois d’associations série et parallèle de résistances - 10 min
X1 et X2 sont deux résistances inconnues. Mesurer les deux résistances avec le multimètre utilisé en ohmmètre
puis la résistance série Rs,exp .
• Association série
Mesurer la résistance série Rs,thé . Calculer l’écart absolu ∆Rs = |Rs,exp − Rs,thé |. Calculer l’écart relatif en
∆Rs
pourcents δ s =
. Conclure.
Rs,exp
•Association parallèle
Mesurer la résistance parallèle Rp,exp puis calculer la résistance parallèle Rp,thé . Calculer l’écart absolu ∆Rp =
∆Rp
. Conclure.
|Rp,exp − Rp,thé |. Calculer l’écart relatif en % δ p =
Rp,exp
III - Étude d’une alimentation stabilisée - 30 min
Une alimentation stabilisée est un système permettant de réaliser une source de tension ou de courant, et est
caractérisée par deux grandeurs, U0 et I0 , qui sont la tension et l’intensité maximales que peut débiter l’alimentation.
Il faut commencer par régler les valeurs de U0 et I0 ; pour cela, on utilise les boutons marqués « voltage » et
« current » et on utilise un multimètre (en voltmètre ou en ampèremètre) pour vérifier les valeurs. Régler U0 = 25 V
et I0 = 75 mA. (Attention : 75 pas 750 mA ! ! !). La fiche « Généralités sur l’instrumentation électrique »
sera ici très utile. Réaliser le montage ci-contre en donnant à R les valeurs (en ohms) de l’ensemble suivant
R(Ω) ∈ {1000, 800, 600, 400, 350, 300, 280, 260, 240, 200, 180, 140, 100, 80, 60, 40, 20}
Dresser un tableau donnant U et I en fonction des différentes valeurs de R, puis représenter graphiquement I =
f(U) (la dernière page est une feuille vous permettant de tracer simplement ce graphique). Indiquer la zone où le
générateur fonctionne en générateur de courant et celle où il fonctionne comme un générateur de tension. Calculer
R0 = U0 /I0 ; interpréter cette valeur d’après le graphe.
Dans toute la suite, l’alimentation stabilisée servira de source idéale de tension avec E = 5 V
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Mesures en Continu - MPSI 1 Lycée Chaptal - 2012
IV - Représentation de Thévenin pour le « pont de Wheatstone » - 30 min
Le montage de la figure 1 constitue le montage électrique dit du pont de Wheatstone. On montre qu’entre les points
B et D, il est équivalent à la représentation de Thévenin de la figure 2. Il est aussi équivalent à la représentation
de Norton de la figure 3.
On admet que l’on a les relations
R2 R3 − R1 R4
E Th = E
(R1 + R2 ) (R3 + R4 )
et RTh =
R1 R2
R3 R4
+
R1 + R2
R3 + R4
Les résistances Ri sont des résistances telles que : R1 = R3 = 1kΩ ; R2 = 2, 2kΩ ; R4 = 4, 7kΩ.
Préparation : Calculer ETh et RTh à partir des valeurs de E et des Ri . Calculer INo et RNo à partir des
valeurs calculées de ETh et RTh .
Expérimentation : Mesurer ETh avec le multimètre (pour cela, on remarquera que c’est la même tension
qu’entre B et D lorsque le circuit est ouvert). Mesurer RTh avec le multimètre (pour cela, on débranche la source
de tension et on la remplace par un fil, permettant de faire comme si E = 0). Comparer les valeurs calculées et
celles mesurées et calculer les écarts relatifs. Conclure.
V - Vérification de la représentation de Thévenin - 30 min
Préparation expérimentale : Brancher en série la source idéale de tension de tension E (qu’on aura au préalable
mesurée avec le multimètre) que constitue l’alimentation stabilisée en série avec les résistances R1 = 2, 2 kΩ et
R1 = 4, 7 kΩ. On appelle M le point de masse relié à la borne moins de la source et A le point situé entre les deux
résistances. Entre les bornes A et M, on dispose alors d’un générateur de tension dont la représentation dans le
modèle de Thévenin est caractérisée par ETh et RTh .
Préparation théorique : Faire le schéma du circuit réalisé. Déterminer les expressions littérales de ETh et
RTh en fonction de E, R1 et R2 . Calculer les valeurs théoriques ETh et RTh .
Expérimentation : Mesurer ETh avec le multimètre (la résistance interne du multimètre étant très grande devant
les résistances du circuit, on peut considérer que le circuit entre A et M est en circuit ouvert lors de cette mesure).
Mesurer RTh avec le multimètre : il faut pour cette mesure débrancher la source de tension et la remplacer par
un fil. Comparer les valeurs obtenues par le calcul et les valeurs obtenues par les mesures. Conclure. Á partir
des valeurs calculées de ETh et RTh , déterminer les grandeurs caractéristiques de la représentation de Norton :
INo et RNo .
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