Etude d`un générateur : une pile

TP : ETUDE DES CARACTERISTIQUES DE RECEPTEURS ET GENERATEURS
Vous complèrez un compte-rendu sous Word faisant apparaître les titres, les réponses aux questions et les graphiques
réalisés sur généris.
Objectifs : Tracer les caractéristiques intensité-tension d’un récepteur et d’un générateur. Trouver un point de
fonctionnement.
LA CARACTERISTIQUE INTENSITE-TENSION D'UN DIPOLE EST LA RELATION QUI LIE LA TENSION A SES BORNES ET L'INTENSITE DU
COURANT QUI LE TRAVERSE : U = F(I)
I – ETUDE D’UN ELECTROLYSEUR
Un électrolyseur est constitué de deux électrodes trempant dans une solution conductrice du courant (ici solution d'acide
sulfurique). On branche les électrodes de l'électrolyseur aux bornes d'un générateur. On observe une réaction chimique aux
bornes des électrodes à condition que la tension du générateur dépasse une certaine valeur.
1- Montage
Réaliser le montage suivant et le faire vérifier par le professeur
A
A
G
V
Le générateur est de tension continue 0- 15V
On place dans l'électrolyseur une solution de soude (elle doit recouvrir entièrement les
électrodes)
Les ampèremètre et voltmètre sont adaptés à l'interface EXAO.
B
1) Représenter sur le schéma l'intensité I du courant ainsi que la tension U AB aux bornes de l’électrolyseur.
2) Indiquer ce qui se produit au niveau des électrodes lorsque la tension augmente.
2- Tracé de la caractéristique intensité-tension
Tracer la caractéristique intensité-tension à l'aide de Généris.
Lancer le logiciel GENERIS.
Menu AFFICHAGE / Acquisition
 Paramétrage :
Cliquer (Sélectionner) l’icône Voltmètre et la faire glisser sur l’axe des ordonnées
Cliquer (Sélectionner) l’icône Ampèremètre et la faire glisser sur l'axe des abscisses.
Sélectionner l'ampèremètre :
Onglet Calibre : Calibre: +/- 2,5 A
Onglet Grandeur : Grandeur : I
Unité : A
Si option Réglage du zéro : placer le fil noir de l’ampèremètre sur le fil rouge puis valider et terminer. Refaire le montage
initial.
Onglet validation : Manuelle
Sélectionner le voltmètre :
Onglet Calibre : Calibre : +/- 15V
Onglet Grandeur : Grandeur : Uab
Unité : V
Réglage du zéro
 Lancement :
Lancer 1'acquisition en cliquant sur l'icône :
Lancer
Une fenêtre apparaît, indiquant les valeurs de la tension et de l'Intensité et un point apparaît sur le graphe :OK suivant,
augmenter la tension, arrêter : un nouveau point s'inscrit : OK suivant... Faire varier les valeurs de U AB de 0 à 10 V. (Pour
faire varier la tension, on tourne le bouton du générateur 0-15 V) Pour mettre fin à l'acquisition, cliquer sur I'icône représentant
un bouton rouge.
On a alors obtenu la caractéristique intensité-tension de l’électrolyseur.
3- Analyse de cette caractéristique intensité-tension
1) De combien de partie se composent cette courbe ?
2) Etude de la partie linéaire :
a) Quelle est l’allure de cette caractéristique ?
b) Nous allons modéliser cette caractéristique. Quel type d’équation devront nous utiliser ?
c) Modélisation : Affichage/modélisation
Grandeur à modéliser : UAB (I)
Nouvelle grandeur : UABm
Intervalle : « à vous de choisir »
Modèle prédéfini : « à vous de choisir »
Cocher les paramètres.
Cliquer sur modélisation. Fermer la fenêtre.
Donner l’équation de la caractéristique modélisée obtenue :
Cliquer :
UABm
Aller dans propriété.
3) La caractéristique intensité-tension d'un électrolyseur est de la forme : U = E' + r’I
Déterminer les valeurs E’ et r’ de l’électrolyseur.
4) Quel est, à votre avis, le sens physique de E’ et r’ ?
II – ETUDE D’UN CONDUCTEUR OHMIQUE
Un conducteur ohmique possède une résistance R. Son symbole :
1- Montage
Réaliser le montage suivant et le faire vérifier par le professeur
A
Le générateur est un générateur de tension continue 0-15V.
Le conducteur ohmique possède une résistance R = 1k.
G
V
Les ampèremètre et voltmètre sont ceux de l’interface EXAO. (cette interface est
connectée à l’ordinateur et on exploitera les mesures à l’aide du logiciel Généris)
Remarque : Pour le branchement de 1'ampèremètre EXAO, on utilise les bornes mA et COM. ( !!! Attention au sens de
branchement !!! mA du côté par lequel entre le courant électrique). On fera également atte ntion au sens de branchement du
voltmètre.
Représenter sur le schéma l'intensité I du courant ainsi que la tension U AB aux bornes de la résistance.
2- Tracé de la caractéristique intensité-tension
 Faire fichier nouveau.
 Menu : Affichage/acquisition
Sélectionner l'ampèremètre :
Onglet Calibre : Calibre: +/- 25mA
Onglet Grandeur : Grandeur : I Unité : A
Onglet validation : Manuelle
Sélectionner le voltmètre :
Onglet Calibre : Calibre : +/–15V
Onglet Grandeur : Grandeur : Uab
 Lancement :
Lancer 1'acquisition en cliquant sur l'icône :
Faire varier U de 0 à 10V.
Réglage du zéro :
Unité : V
Réglage du zéro :
Lancer
On a alors obtenu la caractéristique intensité-tension du conducteur ohmique R = 1k.
3- Analyse de cette caractéristique intensité-tension
1) Quelle est l’allure de cette caractéristique ?
2) Nous allons modéliser cette caractéristique. Quel type d’équation devront nous utiliser ?
3) Modéliser cette caractéristique.
Relever son équation.
4) La caractéristique intensité-tension d'un conducteur ohmique est de la forme UAB = RI.
Déterminer la valeur de la résistance R du conducteur ohmique étudié.
III – ETUDE D’UN GENERATEUR : UNE PILE
1- Montage
Réaliser le montage suivant et le faire vérifier par le professeur :
Rhéostat 33
A
P
V
Un rhéostat est une résistance variable : il sera branché du côté où se
trouvent une borne rouge et une borne noire. Au départ, le curseur sera
déplacé vers 1'extrémité opposée au côté où se trouvent les bornes
rouge et noire.
N
Les ampèremètre et voltmètre sont ceux de I'interface EXAO.
Résistance de protection
Rp = 10 
Boîtier
Remarque : la pile est dans un boîtier métallique. Une fois les mesures effectuées, vous êtes priés de la débrancher afin de ne
pas écourter sa vie. Merci pour elle !!
Représenter sur le schéma l'intensité I du courant et la tension UPN.
2- Tracé de la caractéristique intensité-tension
Acquisition
On procèdera de la même manière que pour la résistance aux modifications suivantes près :
Ampèremètre : Onglet Calibre : Calibre : A +/- 250mA
Voltmètre : Onglet Calibre : Calibre : V +/- 2.5 V
Onglet Grandeur : Grandeur: Upn
Pour faire varier la tension, on déplace le curseur du rhéostat.
Lors du lancement, sélectionner « ajouter à l’expérience précédente ».
On a alors obtenu la caractéristique intensité-tension de la pile.
3- Analyse de la caractéristique
1) Quelle est l’allure de cette caractéristique ?
2) Nous allons modéliser cette caractéristique. Quel type d’équation devront nous utiliser ?
3) Modéliser cette caractéristique.
Relever son équation.
4) Sachant que l’équation de la caractéristique intensité-tension d'un générateur a pour forme UPN = E – rI où E est la force
électromotrice (fem) de la pile et r sa résistance interne, donner les valeurs de E et de r pour la pile étudiée.
E=
r=
IV – POINT DE FONCTIONNEMENT
1) Repérer grâce à l’outil pointeur les coordonnées du point d’intersection des deux courbes. Ce point s’appelle le point de
fonctionnement.
2) Réaliser le circuit série comportant la pile et le conducteur ohmique.
3) Relever l’intensité I dans le circuit et la tension aux bornes de la pile et du conducteur ohmique. Comparer ces valeurs à
celles du point de fonctionnement.
V- TRANSFERT DE PUISSANCE
l’électrolyseur
1) Sur la caractéristique intensité-tension de l’électrolyseur, relever les coordonnées (I = 0,5A, U) d’un point à l’aide de
l’outil pointeur.
2) Calculer la puissance Preçue = UABxI reçue par cet électrolyseur.
3) Calculer la puissance perdue par effet joule Pr’ = r’I 2 dans cet électrolyseur.
4) En déduire la puissance chimique de l’électrolyseur. La comparer à E’xI.
5) Faire un diagramme de transfert d’énergie au niveau de l’électrolyseur.
6) Calculer le rendement  = Pchimique/Preçue
Le conducteur ohmique
1) Sur la caractéristique intensité-tension du conducteur ohmique, relever les coordonnées (I = 0,5A, U) d’un point à
l’aide de l’outil pointeur.
2) Calculer la puissance Preçue = UABxI reçue par le conducteur ohmique.
3) Calculer la puissance perdue par effet joule P R = RI2 dans le conducteur ohmique.
4) Faire un diagramme de transfert d’énergie au niveau du conducteur ohmique.
5) Calculer le rendement .
La pile
1) Sur la caractéristique intensité-tension de la pile, relever les coordonnées (I = 0,5A, U) d’un point à l’aide de l’outil
pointeur.
2) Calculer la puissance P = UABxI transférée par la pile.
3) Calculer la puissance perdue par effet joule Pr = rI2 dans cette pile.
4) En déduire la puissance chimique de la pile. La comparer à ExI.
5) Faire un diagramme de transfert d’énergie au niveau de la pile.
6) Calculer le rendement  de la pile.