mettre en évidence l`effet Joule

PARTIE AGIR
CH17 ÉNERGIE ÉLECTRIQUE
ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE
EFFET JOULE
TENSION AUX BORNES D’UN GÉNÉRATEUR ET D’UN RÉCEPTEUR
Objectifs : Pratiquer une démarche expérimentale pour : mettre en évidence l’effet Joule ; exprimer la tension aux bornes d’un générateur
et d’un récepteur en fonction de l’intensité du courant électrique.
A / MISE EN ÉVIDENCE DE L’EFFET JOULE
Le passage du courant électrique dans un circuit provoque un effet thermique bien connu sous le nom « d’effet joule ». Quel est
le lien entre intensité du courant et effet joule ?
Le montage proposé va nous permettre de mesurer l’évolution de la température d’une quantité d’eau dans laquelle est plongé
un conducteur ohmique. Nous ferons varier l’intensité aux bornes de ce conducteur ohmique.
I / Montage expérimental
Réaliser le montage suivant et faites vérifier
On place un générateur (6V) en série avec une résistance immergeable et un rhéostat (résistance variable qui va permettre de faire varier
l’intensité dans le circuit). Placer un ampèremètre pour mesurer l’intensité.
(fiche méthode p)
Trois petit béchers sont remplis de 20 mL d’eau (mesurée à l’éprouvette graduée)
Une sonde thermométrique permet de mesurer la température de
l’eau dans les béchers.
Recopier le schéma du montage sur votre compte rendu
1°) Plonger le conducteur ohmique dans le grand bécher rempli d’eau
mettre en route le générateur de régler rapidement l’intensité dans le circuit
à I=1,0 A. Éteindre le générateur.
2°) Plonger le conducteur ohmique dans le premier petit bécher .Relever la température initiale Ti
3°) Allumer le générateur et le chronomètre en même temps. Relever
la température Tf au bout de 30 secondes et éteindre le générateur.
Recommencer les étapes 1 à 3 pour I= 1,2 A et I= 1,4 A en plongeant
la résistance dans les deux autres petits béchers.
II / Exploitation :
Ti
Tf
ΔT = Tf - Ti
I=1,0 A
1°) Observer
I= 1,2 A
a) Reproduite et compléter le tableau ci-contre
b) Décrire l’évolution de la variation de température ΔT, lorsque
I= 1,4 A
l’intensité I du courant traversant le conducteur ohmique augmente.
2°) Interpréter
La conversion d’énergie dans le conducteur ohmique est appelée « effet Joule ».
a) Quelle est l’origine de l’énergie reçue par le conducteur ohmique ?
b) A quelle partie du montage expérimentale cette énergie est-elle transférée ? Quel est l’effet de ce transfert d’énergie ?
Comment nomme-t-on cette énergie ?
c) En étudiant le protocole expérimental, expliquer comment varie l’énergie dissipée par le conducteur ohmique (pendant une
même durée) et l’intensité du courant dans le circuit ?
3°) Conclure
a) Résumer le lien entre l’intensité du courant et l’énergie dissipée par effet joule
Dans les cas suivants, indiquer si l’effet Joule est recherché ou gênant : une plaque chauffante, un microprocesseur, un moteur
électrique, une lampe a incandescence.
B / MESURE LE LA TENSION AUX BORNES D’UN GÉNÉRATEUR (UNE PILE) ET D’UN RÉCEPTEUR
Étudions l’évolution de la tension aux bornes d’un générateur et aux bornes d’un récepteur en fonction de l’intensité du courant qui
la traverse.
I/ Montage expérimental et mesures :
Le circuit est composé d’une pile plate (4,5V ou 9V selon disponibilité), placée en série avec un rhéostat permettant d’ajuster
les valeur de l’intensité I, d’un ampèremètre, et d’un récepteur : un conducteur ohmique de résistance R= 10 . Deux voltmètres sont
branchés en dérivation pour mesurer la tension aux bornes de la pile (U G) et aux bornes du conducteur ohmique (UR).
1°) Réaliser le schéma du montage. Préciser le sens du courant et la place des bornes A,V, et COM des appareils de mesure.
2°) Réaliser le montage et faites vérifier
3°) Faire varier la valeur de l’intensité I de 0 à 0,4 A, en ajustant le rhéostat et relever les valeurs de U G et UR. . Réaliser 8 mesures. Rassembler les résultats dans un tableau.
4°) Ouvrir le logiciel Atelier Scientifique et entrez vos valeurs dans un tableur. Réaliser les graphiques U G =f(I) et UR =f(I)
II/ Observer et Interpréter :
1°) Cas du conducteur ohmique :
a) Décrire l’allure de la courbe obtenue. Proposer une modélisation et une équation pour la courbe obtenue.
b) Retrouve-t-on la loi d’Ohm ? En donner un énoncé et une formule avec les unités
c) Calculer la valeur de R et la comparer la valeur proposée par le constructeur.
2°) Cas de la pile
a) Décrire l’allure de la courbe obtenue.
b) On propose lde modéliser la droite obtenue par l’équation UG = E -rxI
E est appelée force électromotrice (fem) du générateur, et représente la valeur de la tension en circuit ouvert.
r désigne la résistance interne de la pile.
Retrouver la valeur de E et r à partir du graphique
III/ Conclusion
Quelles sont les différences entre un générateur et un récepteur ?
Compétences mises en œuvre au cours de l’activité expérimentale
Compétence
Auto-évaluation
Évaluation
Compétence
Auto-évaluation Évaluation
LE MULTIMETRE Compléter le tableau de synthèse ci-dessous
Grandeur
(nom+ symbole)
Tension (……)
Unité
(nom+ symbole)
……………( A )
Schéma
électrique
……………………………..
…………………………..
…………………………….
…………………………….
Borne COM vers pôle …. du générateur.
Borne ……… vers le pôle …. du
générateur
Nom de la fonction et bran- Bornes du
chement dans le circuit
multimètre
Fonction Ohmmètre.
Pas de circuit
R branchée directement aux
bornes de l’appareil.
Couleur de la Zone du sélecteur
Rose
Remarque : le sélecteur est toujours placé en premier sur le plus grand calibre puis on diminue la valeur du calibre jusqu'à obtenir la valeur immédiatement supérieure à la valeur mesurée.
Pour une mesure d’intensité, Si on utilise les bornes COM et 10A :un seul calibre possible : le calibre rouge 10A. La mesure se fait en ampères.
Si la valeur lue est inférieure au plus petit calibre noir (200m ou 2000m suivant les appareils soit 0,2 ou 2A), utiliser alors les bornes COM et
mAB, le sélecteur sur l’un des trois calibre disponible; la mesure se fait en milliampères. (1mA = 0, 001 A)
La fonction ohmmètre ne sert qu’à mesurer la valeur d’une résistance. Elle n’est d’aucune utilité dans un circuit.
MATÉRIEL
Par paillasse (x8)
Rhéostat
Résistance immergeable
Fils de connexion
3 multimètres
Eprouvette 20 mL
Un grand becher (250 mL)
3 petits béchers 50 mL
Une potence avec grosse pince orange pour tenir la resistance immergeable
Sonde thermométrique
Générateur 6V
Pile 4,5V ou 9V
Boite AOIP 10 Ohm