V. Caractéristiques des dipôles

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TP-TD n°2 IMRT1 2007-2008 Electricité : les bases en régime continu
Important : toujours faire vérifier le montage par le professeur avant
de brancher l'alimentation.
I. Objectifs du TP
 Rappeler et étudier de façon pratique et théorique les lois de base de l’électricité en régime
continu ( dans ce cas , les grandeurs électriques (tension, intensité…) restent constantes au
cours du temps.
 Utiliser un multimètre dans différentes fonctions : voltmètre, ohmmètre
II. Description des circuits
 Un dipôle est un composant électrique comportant deux pôles ( ou
deux bornes )
 Des dipôles sont branchés en parallèle ( ou en dérivation ) quand ils
ont mêmes bornes d’entrée et mêmes bornes de sortie
 Un nœud est un point auquel sont raccordés plus de deux fils
 Des dipôles sont branchés en série quand ils sont branchés
les uns après les autres, sans nœud entre eux.
 Une branche est l’ensemble des dipôles branchés entre deux nœuds successifs
 Une boucle est un ensemble de branches successives qui reviennent au point de départ
 Sur le schéma ci-contre :
a- Nommez les différents dipôles
b- Donnez-leur des bornes sur le schéma
( P pour le pôle + du générateur et N pour son
pôle - , A,B,C etc…pour les autres )
c- Quels dipôles sont en série ?
d- Quels dipôles sont en dérivation ?
e- Nommez les nœuds du circuit
f- Nommez les branches du circuit
g- Nommez les boucles partant du pôle + du
générateur
III. Tension électrique
Tension
 La tension électrique UAB permet de mesurer la différence d’état électrique entre les points
A et B. La tension UAB est également appelée différence de potentiel
des points A et B : UAB = VA – VB : VA et VB sont les potentiels des points A et B.
 La tension est une grandeur algébrique : Si UAB > 0 alors VA > VB ( A est à un potentiel
plus élevé que B ) ; si UAB < 0 alors VA < VB ( A est à un
potentiel moins élevé que B )
 Conséquence : pour deux points A et B d’un circuit, on
a UAB = -UBA
 Fléchage d’une tension : sur un schéma, on représente
une tension UAB par une flèche dont la pointe est en A
(pointe de la flèche au premier point de la tension).
UAB
A
B
Dipôle
A
Dipôle
Borne A
Borne B
ALIMENTATION CONTINUE 12 v
Résistance 33 
Résistance 47 
Interrup
teur K
Résistance 100 

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Mesure d’une tension : on mesure une tension électrique UAB entre deux points A et B d’un
circuit grâce à un voltmètre branché en dérivation entre les deux points A et B.
Elle se mesure en Volts (V).
Voltmètre : la borne V
est branchée au premier point de
la tension, la borne COM au
deuxième point
 Application : Sur le schéma ci-contre , fléchez les tensions
UPN , UPA , UAB , UBA , UBC , UCD et UDN. Dessinez les
voltmètres nécessaires pour mesurer les tensions UPN , UPA
, UBA et UCD ( en pratique, vous n’utiliserez qu’un seul
voltmètre que vous déplacerez entre les différents points
demandés )
 Après vérification, lorsque l’interrupteur est fermé,
mesurez ces tensions.
 Faites les mêmes mesures lorsque l’interrupteur est ouvert.
 Construisez un tableau qui résume et regroupe les résultats
 Exploitation des résultats :
a- Tension aux bornes d’un fil : en examinant les résultats entre D et N, proposez une interprétation des
résultats.
b- Tension aux bornes d’un interrupteur : en examinant les résultats entre P et A, proposez une
interprétation des résultats.
c- Loi d’additivité des tensions : En utilisant le tableau que vous avez réalisé dans le paragraphe
précédent et en créant une nouvelle colonne calculée à partir des précédentes, montrez que le circuit
étudié vérifie la loi d’additivité des tensions ( citée dans le paragraphe suivant )
Lois des tensions ( à compléter )
 La tension aux bornes d’un fil est ………..
 Les tensions aux bornes de deux dipôles branchés en parallèle sont égales
 Loi d’additivité des tensions : Quel que soit le circuit étudié, on peut décomposer une
tension en fonction d’autres tensions en passant par différents points ( par exemple :
UAB = UAC + UCD + UDE + UEF + UFB )
IV. Intensité d’un courant électrique
Intensité
 Un courant électrique est un déplacement d’ensemble de charges électriques dans un
conducteur électrique ( ex : ouvrir l’animation « courant électrique »)
 Sens conventionnel du courant : le courant électrique circule hors du générateur de sa
borne + vers sa borne - ( remarque : ce sens conventionnel est opposé au sens de déplacement des
électrons ( charges négatives ) , qui circulent de la borne - vers la borne + du générateur ).
 L’intensité I d’un courant électrique permet de connaître le débit de charges qui passent
en un point du circuit du fait de ce courant
q
It
( q est la charge totale ( unité : Coulomb (
C) ) qui est passée au point pendant la durée t ( unité : s ) ; l’unité de l’intensité est l’Ampère
( A ) ( 1 A = 1 C.s-1 )
 Fléchage d’une intensité : sur un schéma, on représente une intensité I par une flèche sur
le circuit dans le sens conventionnel du courant.
v
Borne
COM
Tension U à mesurer
Borne
V
P
A
N
D
C
B
ALIMENTATION CONTINUE 12 v
Résistance 33 
Résistance 47 
Interrupteur K

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 Mesure : on mesure l’intensité I d’un courant électrique en un point M d’un circuit grâce à
un ampèremètre intercalé en ce point M.
 Ampèremètre : l’intensité du courant à mesurer entre par la borne « mA » (ou A) et sort
par la borne « com ».
Lois des intensités ( à compléter )
 L’intensité du courant dans un circuit en série est la même
en tout point du circuit
 L’intensité du courant dans une branche est
……………….. en tout point ( car les dipôles sont branchés en …………………… ) .
 Loi des nœuds : La somme des intensités des courants arrivant à un nœud est égale à la
somme des intensités des courants repartant de ce nœud
 on étudie théoriquement le circuit suivant : on mesure
les tensions UPN =9,0 V, UBC = 3,4 V, UAE = 5,8 V .
 Quels sont les nœuds du circuit ?
 Quelles sont les branches du circuit ?
 Déterminer les tensions UCD et UEN. ( justifier )
 Flécher l’intensité du courant dans chaque branche et
placer les ampèremètres nécessaires pour mesurer
chacune de ces intensités.
 Le générateur délivre un courant d’intensité 75,0 mA ;
le dipôle 2 est parcouru par un courant d’intensité
47,0 mA. Déterminer les intensités des courants qui
traversent chaque dipôle du circuit ( justifier ).
V. Caractéristiques des dipôles
Définition
 La caractéristique d’un dipôle est la courbe reliant les variations de la tension UAB à ses
bornes en fonction de l’intensité du courant I qui le traverse ( il faut alors préciser les
conventions d’orientation de la tension et du courant ) .
Exploitation
Connaissant les caractéristiques des dipôles, on peut donc prévoir leur fonctionnement.
 En particulier, l’allure de la caractéristique permet de classer les dipôles
 Caractéristique passant par l’origine ( UAB = 0 quand I =0 ) : dipôle passif
 Caractéristique ne passant pas par l’origine ( UAB = 0 quand I =0 ) : dipôle actif
 Caractéristique symétrique par rapport à l’origine : dipôle symétrique ( son comportement
est identique quel que soit son sens de branchement )
 Caractéristique représentée par des segments de droite : dipôle linéaire ( ce dernier cas est
intéressant car il permet de mettre facilement en équation la caractéristique et de remplacer le
dipôle par des modèles équivalents simples )
Limites des dipôles
 Les dipôles ne peuvent supporter sans dommage n’importe quelles valeurs de courant, de
tension ou de puissance ( voir ensuite le rappel sur les puissances )
 Il ne faut donc pas dépasser les valeurs nominales indiquées par le constructeur
( puissance, intensité ou tension ) pour chaque dipôle
Dipôle 1
P
A
N
D
C
B
Dipôle 2
E
Dipôle3
Lampe
A
Borne
COM
I
Borne
A

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 Rq : on peut tolérer un dépassement des valeurs nominales ( 1,5 x valeur nominale ) pas trop
longtemps.
Cas particulier du conducteur ohmique
 La caractéristique d’un conducteur ohmique est une droite passant par l’origine : c’est
donc un dipôle passif linéaire et symétrique.
 On en déduit la relation simple : UAB = R. I qui est la loi d’Ohm.
Conditions d’application de cette loi :
 Le courant rentre dans le dipôle par la borne A (c’est la
convention récepteur )
 R est la résistance du conducteur ohmique ( Unité de R :
Ohms ( ) si UAB est en Volts et I en A ) ; on définit aussi
1
GR
la conductance du conducteur ohmique ( Unité de G :
-1 ou Siemens ( S ) si UAB est en Volts
et I en A )
Association de conducteurs ohmiques
Etude d’une association en série de deux résistances au carbone
Expérience :
 A l’ohmmètre et hors circuit, mesurez R1 et R2 :
 Associez en série les deux résistances sur la platine (toujours hors circuit) et
mesurez la résistance équivalente Re :
 Quelle relation existe entre ces trois valeurs ?
Etude théorique
Soient les schémas ci-dessous :
 Fléchez I, UAC , UBC puis exprimez I, UAC , UBC puis UAB
à partir du schéma réel.
 Exprimez UAB à partir du schéma équivalent.
 Déduisez-en la relation établie à partir des mesures
entre Re, R1 et R2.
 Complétez alors le cadre suivant :
 L’association de plusieurs conducteurs ohmiques ( de résistances R1, R2, …et Rn )
branchés en série est équivalente à un seul conducteur ohmique de résistance appelée
résistance équivalente ( notée Req ) et dont la valeur est :
.........................
eq
R
 La résistance équivalente est alors égale à la somme des résistances en série et est plus
……………… que la plus grande des résistances placées en série.
Etude d’une association de deux résistances au carbone en parallèle
Expérience
 Associez en parallèle R1 et R2 et mesurer Re.
 Calculez 1/Re puis 1/R1 + 1/R2. Concluez.
Etude théorique
Soient les schémas ci-contre :
 Fléchez UAB et les courants ( en convention
récepteur )
 Exprimez I1 en fonction de R1 et UAB.
 Exprimez I2 en fonction de R2 et UAB
B
R
I
UAB
A
A
C
B
R1
R2
Schéma réel
A
B
Req
Schéma équivalent
A
B
R2
Schéma réel
R1
A
B
Req
Schéma équivalent

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 Quelle est la relation entre I, I1 et I2 ?
 Déduisez-en la relation entre Re, R1 et R2
 Comparez à celle obtenue à partir des mesures.
 Complétez alors le cadre suivant :
 En parallèle : L’association de plusieurs conducteurs ohmiques ( de résistances R1, R2,
…et Rn ) branchés en parallèle est équivalente à un seul conducteur ohmique de résistance
appelée résistance équivalente ( notée Req ) et telle que :
1......................
eq
R
ou de conductance Geq telle que
........................
eq
G
 La résistance équivalente à une association de résistances en parallèle est plus
……………………. que la plus petite des résistances en parallèle.
VI. Energie et puissance électriques
1- Un dipôle récepteur transforme l’énergie électrique qu’il reçoit…
Un dipôle récepteur parcouru par un courant électrique absorbe de l’énergie électrique qu’il
transforme en différentes formes d’énergie ( énergies mécanique, chimique, calorifique,
lumineuse...)
 D’où provient l’énergie électrique absorbée par un râpe-carottes électrique ? En quelle(s)
forme(s) d’énergie(s) est-elle transformée ?
 Mêmes question pour un baladeur MP3, puis pour une lampe, puis un accumulateur en
charge
Tous les dipôles électriques parcourus par un courant transforment une partie de l’énergie
électrique qu’ils reçoivent en énergie calorifique ( appelée aussi chaleur ) : ce dégagement de
chaleur se nomme l’effet Joule.
 Comment peut-on s’en rendre compte ? En quoi ce phénomène peut-il être gênant ?
Loi de Joule : les conducteurs ohmiques transforment toute l’énergie électrique qu’ils
reçoivent en énergie calorifique.
 Dans quels cas ce phénomène peut-il être intéressant ? Citez des exemples dans la maison.
2- Un dipôle générateur transforme l’énergie qu’il reçoit…
Un dipôle générateur transforme l’énergie qu’il reçoit sous différentes formes en énergie électrique
( énergie utilisable ) et en d’autres formes d’énergie ( énergies non utilisables )
 Donnez des exemples de générateurs en précisant les différnets formes d’énergie
transforméers ou produites
3- Energie et puissance
Plutôt que de caractériser les dipôles électriques ( générateurs ou récepteurs ) par l’énergie
électrique qu’ils reçoivent, on préfère souvent définir la puissance électrique qu’ils reçoivent .
Définition de la puissance : la puissance est égale à l’énergie consommée par seconde. On peut
donc donner la relation suivante :
E
Pt
P est la puissance ( Unité : le Watt – symbole : W )
E est l’énergie ( Unité : le Joule – symbole : J )
t est la durée pendant laquelle l’énergie E a été consommée
( unité : la seconde – symbole : s )