TP 2 Electricité : Les Mesures en électricité 2009/2010 Comment passer du schéma électrique au montage ? Il est important de savoir représenter ou de comprendre le schéma électrique d'un montage. Pour cela, chaque composant possède un symbole spécifique. Expérience 1 M Réaliser un montage à partir d'un schéma On dispose d'un générateur de tension continue 6 V, de deux lampesL, 6 V ; 50 mA) et L 2 (6 V ; 50 mA), de deux conducteurs ohmiques (R i = 1 kQ et R, = 2,2 kQ), d'interrupteurs, d'une plaquette de connexions et de fils électriques. Compléter les platines en bas de la page pour que les montages correspondent aux schéma des documents 1et 2. APPELER LE PROFESSEUR Réaliser les montages et répondre aux questions ci-dessous sur un compte rendu que vous rendrez en fin d’heure au professeur lesQUESTIONS Doc. 1 Schéma électrique comprenant un générateur 6 V, un interrupteur et deux lampes. Premier montage (Doc 1) 1. Les deux lampes sont-elles identiques ? Les deux lampes éclairent-elles de la même façon ? Que peut-on en déduire sur l'intensité des courants qui les traversent ? 2. Comment sont branchées les deux lampes ? Citer une application de ce type de branchements dans une maison. 3. Quel est le rôle de l'interrupteur ? Deuxième montage (Doc 2) L'observation permet-elle de comparer la valeur des intensités des courants traversant les conducteurs ohmiques ? Proposer une solution pour y remédier. Montage 1 Doc. 2 Schéma électrique comprenant un générateur 6 V, un interrupteur et deux conducteurs ohmiques. Montage 2 Classe de seconde | 1 TP 2 Electricité : Les Mesures en électricité 2009/2010 Comment utiliser un multimètre ? Le multimètre permet de mesurer les intensités des courants (fonction « ampèremètre »), les tensions électriques (fonction « voltmètre ») et les résistances des conducteurs ohmiques (fonction « ohmmètre »). Expérience 1 Observer un multimètre QUESTIONS Indiquer les bornes du multimètre à utiliser pour mesurer chacune des grandeurs suivantes — la tension ; — l'intensité du courant. Que signifient les notations AC, DC sur la face du multimètre ? Expérience 2 Etude préliminaire QUESTIONS Faire le schéma d'un montage comportant, en série, un générateur de tension continue, un interrupteur et une lampe. Représenter le sens conventionnel du courant et introduire dans le schéma un ampèremètre, en précisant ses bornes, permettant de mesurer l'intensité du courant qui traverse la lampe. Comment doit-on brancher le voltmètre pour mesurer la tension UAB entre les bornes A et B de la lampe ? Le représenter en précisant ses bornes. Mesurer une tension et une intensité Compléter la platine ci contre APPELER LE PROFESSEUR Réaliser le montage Mesurer l’intensité du courant qui traverse la lampe Mesurer ensuite la tension aux bornes de la lampe QUESTIONS Si le voltmètre est connecté dans le sens inverse, nommer la tension mesurée et vérifier expérimentalement la relation entre cette tension et UAB. Comment a-t-on choisi le calibre le mieux adapté à la mesure faite par le multimètre? Que se passe-t-il si la valeur de la tension mesurée est supérieure au calibre ? (ne pas le faire) Classe de seconde | 2 2009/2010 TP 2 Electricité : Les Mesures en électricité Comment et pourquoi utilise-t-on un logiciel de simulation ? Pour préparer un nouveau montage sans risque, il est préférable d'effectuer une simulation avant de passer à la réalisation Expérience 1 Montrer l’intérêt d'un logiciel de simulation Pour vous familiariser avec le logiciel de simulation, réaliser les manipulations suivantes. Démarrer le logiciel de simulation Crocodile Physics, par exemple. Barre d’outils principale Cliquer sur l'outil désiré, et l'amener sur la fenêtre de travail. Cliquer à nouveau dessus pour le placer à l'endroit choisi. Supprime l’outil sélectionné ~ DV Pour réaliser un circuit électrique, il faut relier les composants entre eux par des fils électriques ; pour cela : — cliquer sur l'extrémité d'un premier composant — déplacer la souris vers un second composant un fil se matérialise ; — lorsqu'un point apparaît, cliquer, à nouveau, sur l'extrémité du second composant. Si vous êtes initié au logiciel de simulation, réaliser les manipulations suivantes. À l'aide du logiciel, réaliser le circuit du document 2, page 20, et placer deux ampèremètres permettant de mesurer les intensités des courants traversant les conducteurs ohmiques. QUESTIONS Supprime l'outil sé Comparer les mesures obtenues à l'aide des multimètres et celles affichées par le logiciel. Conclure. Comment le logiciel de simulation peut-il proposer des valeurs aux appareils de mesure ? En utilisant le logiciel, que se passe-t-il — si on remplace le conducteur ohmique de résistance 1 k52 par un autre de résistance 10 Q ? — si on court-circuite le générateur ? En déduire l'intérêt d'un logiciel de simulation par rapport à l'expérimentation directe. Pour changer la valeur d'un composant, cliquer sur la valeur indiquée juste au-dessus. Expérimentalement, réaliser le montage correspondant à ce circuit. Classe de seconde | 3 2009/2010 TP 2 Electricité : Les Mesures en électricité Quelles sont les lois dans un circuit en série ? Le logiciel de simulation étudié dans l'activité 3 permet d'effectuer des calculs à partir des lois physiques et peut ainsi afficher des valeurs dans les appareils de mesure. Nous allons vérifier ces lois dans le cas d'un circuit en série. Expérience 1 Retrouver les lois des tensions et des intensités dans un circuit en série • Compléter la platine et APPELER LE PROFESSEUR Puis réaliser le montage composé d'un générateur de tension continue 6 V et de trois conducteurs ohmiques différents. • En déplaçant l'ampèremètre, mesurer et noter l'intensité du courant qui passe aux points A, B, C et D. • En déplaçant le voltmètre, mesurer et noter les tensions UAB, UBC, UCD, UAC, UAD, UBD, UPA et UDN. Doc. 5 Circuit en série avec trois conducteurs ohmiques différents. QUESTIONS À l'aide des mesures, énoncer la loi des intensités dans un circuit en série. Trouver une relation entre les tensions UAC, UAB et UBC Quelle est la valeur de la tension aux bornes d'un fil de connexion ? Chercher d'autres relations simples entre les différentes tensions. Énoncer la loi des tensions dans un circuit en série. Expérience 2 Vérifier les lois précédentes avec un logiciel A l'aide du logiciel de simulation utilisé précédemment (Crocodile Physics), construire le circuit en série du document 5 composé d'un générateur de tension continue de 6 V et de trois conducteurs ohmiques de résistances 100 ~, 220 Q et 470 Q. Dans la barre des menus, sélectionner « Ajouter », puis Texte » et placer les lettres A, B, C et D. Placer des ampèremètres et des voltmètres pour mesurer les intensités et les tensions de l'expérience 1. QUESTIONS Retrouve-t-on les lois précédentes ? Expliquer les écarts entre les mesures de l'expérience 1 et les valeurs calculées par le logiciel. Choisir de nouvelles valeurs de résistances pour les trois conducteurs ohmiques et noter dans un tableau les nouveaux résultats. Vérifier que les lois énoncées précédemment restent valables. Classe de seconde | 4 TP 2 Electricité : Les Mesures en électricité 2009/2010 Quelles sont les lois dans un circuit en dérivation ? De la même façon que nous avons retrouvé les lois dans un circuit en série, nous allons rechercher les lois dans un circuit en dérivation. Expérience 1 Retrouver les lois des tensions et des intensités dans un circuit en dérivation Compléter la platine et APPELER LE PROFESSEUR Réaliser le montage schématisé sur le doc 6 Mesurer, à l'aide d'un voltmètre, les tensions aux bornes du conducteur ohmique R et la lampe L. Mesurer les intensités des courants I1, I2 et I3 QUESTIONS Identifier la branche principale et les branches Doc. 6 schéma électrique du circuit avec dérivation dérivées. Comment appelle-t-on les points A et B ? Énoncer la loi des tensions dans un circuit en dérivation. Trouver une relation entre les trois valeurs des intensités mesurées. Énoncer la loi des intensités dans un circuit en dérivation, appelée « loi des nœuds ». Doc. 5 Circuit en série avec trois conducteurs ohmiques différents. Expérience 2 Utiliser les lois des nœuds avec un logiciel de simulation À l'aide de Crocodile Physics, construire le circuit proposé dans le document 7, composé d'un générateur de tension continue de 9 V, d'un fusible 1A, d'un ampèremètre, d'un interrupteur et de six lampes identiques. QUESTIONS À l'aide de la valeur donnée par l'ampèremètre, calculer l'intensité du courant qui traverse chaque lampe. Calculer le nombre maximal de lampes que l'on peut avoir en dérivation sans faire fondre le fusible. Vérifier le résultat en complétant le circuit. Ajouter une lampe supplémentaire. Que se passe-t-il ? Doc. 7 L’installation électrique est protégée par un fusible Doc. 5 Circuit en série avec conducteurs ohmiques différents. Classe de seconde | 5 trois TP 2 Electricité : Les Mesures en électricité 2009/2010 Comment exprimer une tension électrique entre deux points ? Une tension électrique entre deux points traduit une différence d'états électriques entre ces deux points. L’état d'un point M est caractérisé par son potentiel électrique noté Vm. Expérience 1 Comparer les états électriques de deux points d'un circuit Compléter la platine et APPELER LE PROFESSEUR Réaliser le montage schématisé sur le document 8 à l'aide d'une plaque de connexion ; les différentes lettres représentent des points de connexion. On considère que deux points sont dans le même état électrique lorsque la tension entre ceux-ci est nulle. QUESTIONS Les points A, B et C sont-ils dans le même état électrique ? Mesurer les tensions U AD,U BD et UCD, le point D étant pris comme référence. Les résultats confirment-ils les observations de la question 1 ? Les points B et D sont-ils dans le même état électrique ? justifier la réponse. Mesurer les tensions UAE , UBE et UCE, le point E étant pris comme référence. Les résultats sont-ils conformes aux observations précédentes ? Doc. 8 On essaiera toujours de placer, sur le schéma, le pôle + du générateur en haut Doc. 5 Circuit en série avec trois conducteurs ohmiques différents. Expérience 2 Trouver la relation entre tension et potentiels Le document 9 représente une alimentation symétrique ayant trois bornes de sortie que l'on nomme N, Met P. La borne M est appelée la masse de l'appareil. Elle sert de référence pour les potentiels ; par convention, VM = 0 V. Les potentiels des bornes Pet N sont marqués sur l'appareil VP = + 15 V ; VN = – 15 V. QUESTIONS Mesurer les tensions UPM , UNM et UPN Exprimer ces tensions en fonction des potentiels VP, VM et VN. Classe de seconde | 6 TP 2 Electricité : Les Mesures en électricité 2009/2010 EXERCICES SUPPLEMENTAIRES Classe de seconde | 7 TP 2 Electricité : Les Mesures en électricité 2009/2010 Classe de seconde | 8