Lois des tensions et courants – Caractéristiques de dipôles

NOM – Prénom :
date :
TRAVAUX PRATIQUES D’ÉLECTRICITÉ
CARACTÉRISTIQUE DE DIPÔLES
Lois des tensions et des courants – Bilan de puissance
Dans la suite du document, ce symbole signifie « Appeler le professeur ».
OBJECTIFS
Déterminer les caractéristiques d’une pile à partir de la caractéristique courant-tension à tracer ;
Réaliser des montages électriques et des mesures électriques.
MATÉRIEL
- 1 pile plate de 4,5 V
- 1 rhéostat de 100  - 2,5 W
- 1 interrupteur
- 1 ampèremètre (calibre 200 ou 400 mA)
- 1 voltmètre
- 1 feuille de papier millimétré.
TRAVAIL A RÉALISER
LOIS DES TENSIONS ET COURANTS – CARACTERISTIQUES DE DIPOLES BILAN DE PUISSANCE
Objectifs de la séance :
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Réaliser un circuit électrique simple comportant 3 dipôles montés en série
Mesurer des tensions et des intensités continues à l’aides de multimètres pour différents dipôles
Revoir les lois électriques vues au collège
Faire un bilan de puissance
1. Mesures de tensions
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Repérer les bornes du générateur délivrant une tension continue réglable : l’une d’entre elle est jaune,
l’autre noire (c’est la masse, elle est repérée par le symbole
).
Régler, à l’aide de la mollette, la tension délivrée par ce générateur à 6 V
Mesurer plus précisément cette tension à l’aide d’un multimètre.
La tension mesurée est-elle positive ou négative ? Permuter les bornes du multimètre. Conclure.
L’une des 2 tensions mesurées précédemment se note USM et l’autre UMS. Pour mesurer USM il faut relier la
borne S du générateur à la borne (V) du multimètre et la borne M à la borne (COM). La tension USM est-elle
positive ou négative ?
Indiquer avec méthode comment on doit brancher les bornes (V) et (COM) d’un multimètre pour mesurer
une tension UAB d’un circuit électrique.
La tension aux bornes d’un dipôle se représente par une flèche que l’on place à coté du dipôle. Cette flèche
pointe vers la première lettre (pour UAB, c’est A, pour UBA, c’est B). Dans les exemples ci-dessous, flécher
les tensions UAB, UNP, UBC et UED
Ph. Georges
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2. Loi des tensions et du courant dans un circuit en série.
Réaliser le montage électrique suivant constitué d’un générateur de tension continue réglable, d’un
électrolyseur (contenant une solution d’acide sulfurique) et d’une résistance.
E
A
C
B
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R=47 
D
Flécher sur les fils du circuit le sens des
courants électriques : on notera I1 celui qui
traverse la branche AB, I2 celui entre
l’électrolyseur et la résistance et I3 celui qui
traverse la branche DE.
Mesurer les courants I1, I2 et I3 en insérant dans
le circuit un multimètre. Pour mesurer un
courant continu positif, celui-ci doit entrer par
la borne (A) ou (mA) puis ressortir par la borne
(COM) du multimètre.
Conclure.
Ph. Georges
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NOM – Prénom :
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date :
Fixer la tension délivrée par le générateur à 6 V.
Flécher sur le schéma les tensions UBD, UBC et UCD. Mesurer ces tensions.
Quelle relation peut-on écrire entre ces trois tensions ? Généraliser à trois points
quelconques notés L, M et N d’un circuit électrique. Cette loi constitue ce que l’on appelle
la loi d’additivité des tensions.
Observer le sens du courant qui traverse l’électrolyseur et le sens de la flèche tension UBC.
Observer le sens du courant qui traverse la résistance et le sens de la flèche tension UCD.
Conclure : à quelle condition la tension UMN aux bornes d’un récepteur est-elle positive ?
(Relier cette condition au sens du courant).
Refaire la même étude pou le générateur.
3. Caractéristiques d’un dipôle électrique.
L’électrolyseur et la résistance sont parcourus par un courant I et ils sont soumis à des
tensions UBC et UCD. La caractéristique de chacun de ces dipôles est le graphique qui donne
l’évolution de ces tensions en fonction de l’intensité I qui les traversent. En faisant varier la
tension aux bornes du générateur, on fait varier l’intensité du courant I. La mesure de U BD et
UCD en fonction de ce courant I permet alors de tracer les 2 caractéristiques.
a) Compléter le tableau suivant en faisant varier UAE entre 0 et 12 V pour construire sur un
même graphique les caractéristiques de la résistance et de l’électrolyseur : UBC=f(I) et
UCD=g(I).
I(mA)
UBC (V)
UCD (V)
Mesurer également la tension aux bornes du générateur pour une intensité I=100 mA.
b) Donner l’équation de la courbe obtenue pour la caractéristique de la résistance. Quelle loi
retrouve-t-on ?
c) La caractéristique de l’électrolyseur peut-être modéliser par une droite sur une partie
seulement de la courbe obtenue. Quel est ce domaine (donner les conditions sur I) ?
Déterminer l’équation de cette droite. Cette caractéristique peux s’exprimer sous la forme
UBC=E’+r.I. Donner les valeurs numériques de E’ et r.
La puissance reçue par un dipôle se mesure en Watt. En courant continu cette puissance
est égale au produit de l’intensité qui traverse ce dipôle par la tension aux bornes de ce
même dipôle : P=U.I.
La puissance d’un récepteur donne la quantité d’énergie qui est absorbée en 1 seconde. Sur
une durée t, l’énergie E absorbée est donc égale P. t :
E(J)= P(W). t (s)
d) Pour la résistance R, exprimer littéralement la puissance PR reçue en fonction de R et
l’intensité du courant I. Calculer cette puissance pour une intensité égale à I=100 mA
e) Calculer l’énergie absorbée par la résistance en 5 min. Que devient cette énergie absorbée
?
Ph. Georges
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f) De la même façon, exprimer la puissance P’ reçue par l’électrolyseur en fonction de E’, r
et I. Calculer P’ pour I=100 mA.
g) Exprimer littéralement l’énergie absorbées pendant une durée t par l’électrolyseur.
Donner un sens au différent terme de l’expression littérale. Calculer la valeur des
différentes énergies rencontrées pour t=5 min.
h) La puissance reçue par la résistance et l’électrolyseur est fournie par le générateur.
Calculer la valeur P de cette puissance.
La puissance P fournie par un générateur est égale au produit de la tension aux bornes du
générateur par l’intensité I qu’il débite.
i) Mesurer pour une intensité de 100 mA la tension aux bornes du générateur. Calculer la
puissance fournie par le générateur. Interpréter.
I- Montage expérimental
1. Proposer le montage permettant de relever la caractéristique U = f(I) de la pile.
Compléter le schéma en y insérant l’ampèremètre et le voltmètre.
Rappel : le rhéostat permet de faire varier l’intensité du courant électrique dans un circuit série.
2. Réaliser le montage
Attention : le circuit ne comporte pas de résistance de protection.
Placer le curseur du rhéostat de manière à avoir l’intensité du courant minimum (résistance maximale).
Appel n°1
Mise sous tension en présence du professeur.
II. Mesures
I (mA)
40
60
80
100
120
U (V)
III- Tracé de la caractéristique U = f (I)
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Échelles du repère orthogonal :
abscisse : 1cm représente 10 mA
ordonnée : 4 cm représente 1 V
Remarque : en ordonnée : 4 mm représente 0,1 V
1 mm représente 0,025 V
Appel n°2
Vérification des mesures et du tracé.
IV- Exploitation de la caractéristique U = f (I)
La courbe est une droite. Son équation est la forme : y = ax + b.
Le coefficient directeur de cette droite est NÉGATIF.
Les grandeurs physiques représentées sont l’intensité I en abscisse et la tension U en
ordonnée.
Le coefficient est homogène à la résistance interne r de la pile.
L’ordonnée à l’origine correspond à la f.é.m. E de la pile.
L’équation de la courbe est donc :
U=E–rI
La f.é.m. E est le point d’intersection de la droite avec l’axe des abscisses.
f.é.m E (V)
La résistance interne r est calculer en considérant la chute de tension pour une valeur de I.
Intensité (mA)
Chute de tension (V)
Résistance r ( )
V- Conclusion
Appel n°3
Ph. Georges
Vérification de la mise en état du poste de travail.
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RÉSISTANCE D'UN RÉSISTOR
GRILLE D'ÉVALUATION
Appels
Vérifications
Évaluation
Montage correct: ampèremètre en série et voltmètre en dérivation
***
Branchement du rhéostat. Résistance maximale
**
Sélection des fonctions et des calibres des appareils de mesures
**
Vérification des couples de mesure ( I , U )
**
Vérification des échelles
**
Tracé soigné des points et de la courbe
**
Remise en état du poste de travail
**
Appel n° 1
Appel n° 2
Appel n° 3
Barème
Évaluation pendant la séance (Chaque étoile vaut 1 point)
Note
15
Exploitation des résultats expérimentaux
Détermination correcte de f.é.m. E à partir de la caractéristique
2
Détermination de la chute de tension sur la caractéristique
2
Calcul de la résistance r
1
Conclusion
1
NOTE sur 20
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