Texte des activités.

Les Mesures en Électricité
ACTIVITÉS
1. Comment passer du schéma électrique au montage et vice versa ?
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
Réaliser un montage à partir d'un schéma
On dispose d'un générateur de tension continue 6 V, de deux lampes L1 (6 V ; 50 mA) et L2 (6 V ; 50
mA), de deux conducteurs ohmiques (R1 = 1 k et R2 = 2,2 k), d'interrupteurs, d'une plaquette de
connexions et de fils électriques.
• Réaliser les deux montages ci-contre (doc.1 et doc. 2).
Doc. 1 Schéma électrique comprenant un
générateur 6 V, un interrupteur et deux lampes.
Doc. 2 Schéma électrique comprenant un
générateur 6 V, un interrupteur et deux
conducteurs ohmiques.
Questions
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?
Second montage (doc. 2)
4. L'observation permet-elle de comparer la valeur des intensités des courants traversant tes
conducteurs ohmiques ? Proposer une solution pour y remédier.
Expérience 2
Réaliser un schéma à partir d'un montage
Pour faire l'étude théorique d'un circuit électrique ou d'un appareil électrique, on a besoin de son
schéma. Il est parfois fourni par le fabricant.
Questions
1. Identifier les différents composants du circuit réalisé dans le document 3.
2. Les composants de ce montage sont-ils tous montés en série ?
3. Combien y a-t-il de branches dans ce circuit ?
4. Schématiser le circuit et représenter le sens conventionnel du courant dans chaque branche.
5. Quel est le rôle de la DEL dans ce montage ?
Doc. 3 Circuit électrique
comprenant
différents
composants. Le fil rouge est
branché à la borne + du
générateur de tension continue
et le fil noir à la borne -.
2. 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
1. Indiquer les bornes du multimètre (doc. 4) à utiliser pour
mesurer chacune des grandeurs suivantes :
- la tension ;
- l'intensité du courant.
2. Que signifient les notations VDC, mADC, mAAC et
VAC,  sur la face du multimètre (doc. 4) ?
Doc 4 : un multimètre
Expérience 2
Étude préliminaire
Questions
1. Faire le schéma d'un montage comportant, en série, un
générateur de tension continue, un interrupteur et une
lampe.
2. 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.
3. 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
• Réaliser le montage.
• Mesurer l'intensité du courant qui traverse la lampe,
• Mesurer ensuite la tension aux bornes de la lampe.
Questions
1. Si le voltmètre est connecté dans le sens inverse, nommer la tension mesurée et vérifier
expérimentalement la relation entre cette tension et UAB
2. Comment a-t-on choisi le calibre le mieux adapté à la mesure faite par le multimètre?
3. Que se passe-t-il si la valeur de la tension mesurée est supérieure au calibre ?
3. 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
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 Clips, par exemple.
Nom du projet
Barre des menus
Barre d’outils principale
• Sélectionner, à l'aide de la souris, l'outil représentant un voltmètre
Une nouvelle barre d'outils apparaît.
• 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
Retour à la barre d’outils principale
• 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.
Réaliser les manipulations suivantes :
• À l'aide du logiciel, réaliser le circuit du document 2, et placer deux ampèremètres permettant de
mesurer les intensités des courants traversant les conducteurs ohmiques.
• Pour changer la valeur d'un composant, cliquer sur la valeur indiquée juste au-dessus.
• Expérimentalement, réaliser le montage correspondant à ce circuit.
Questions
1. Comparer les mesures obtenues à l'aide des multimètres et celles affichées par le logiciel. Conclure.
2. Comment le logiciel de simulation peut-il proposer des valeurs aux appareils de mesure ?
3. En utilisant le logiciel, que se passe-t-il :
- si on remplace le conducteur ohmique de résistance 1 k par un autre de résistance 10  ?
- si on court-circuite le générateur ?
4. En déduire l'intérêt d'un logiciel de simulation par rapport à l'expérimentation directe.
4. Quelles sont les lois dans un circuit en série ?
Le logiciel de simulation dans l'activité 3 est programmé pour effectuer des calculs à partir des lois
physiques et afficher des valeurs dans les appareils de mesure « virtuels ».
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
• Réaliser le montage du document 5 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
1. À l'aide des mesures, énoncer la loi des intensités dans un circuit en série.
2. Trouver une relation entre les tensions UAC, UAB et UBC
3. Quelle est la valeur de la tension aux bornes d'un fil de connexion ?
4. Chercher d'autres relations simples entre les différentes tensions.
5. Énoncer la toi des tensions dans un circuit en série.
Expérience 2
Vérifier les lois précédentes avec un logiciel de simulation
• À l'aide du logiciel de simulation utilisé précédemment (Crocodile Clips), 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 et 470.
• 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
1. Retrouve-t-on les lois précédentes ? Expliquer les écarts entre les mesures de l'expérience 1 et les
valeurs calculées par le logiciel.
2. Choisir de nouvelles valeurs de résistances pour les trois conducteurs ohmiques et noter dans un
tableau les nouveaux résultats.
3. Vérifier que les lois énoncées précédemment restent valables.
5. 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
• Réaliser le montage schématisé sur le document 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
1. Identifier la branche principale et lés branches dérivées. Comment appelle-t-on les points A et B ?
2. Énoncer la loi des tensions dans un circuit en dérivation.
3. Trouver une relation entre les trois valeurs des intensités mesurées.
4. Énoncer la loi des intensités dans un circuit en dérivation, appelée «loi des nœuds ».
Expérience 2
Utiliser la loi des nœuds avec un logiciel de simulation
À l'aide de Crocodile Clips, construire le circuit proposé dans le document 7, composé d'un générateur
de tension continue de 9 V, d'un fusible 1 A, d'un ampèremètre, d'un interrupteur et de six lampes
identiques.
Doc. 7 L'installation
protégée par un fusible.
électrique
est
Questions
1. À l’aide de la valeur donnée par l'ampèremètre, calculer l'intensité du courant qui traverse chaque
lampe.
2. Calculer le nombre maximal de lampes que l'on peut avoir en dérivation sans faire fondre le fusible.
3. Vérifier le résultat en complétant le circuit. Ajouter une lampe supplémentaire. Que se passe-t-il?
6. 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
• 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.
Doc. 8 On essaiera toujours de placer, sur le
schéma, le pôle + du générateur en haut.
Questions
1. Les points. A, B et C sont-ils dans le même état électrique?
2. Mesurer les tensions UAD, UBD et UCD, le point D étant pris comme référence.
Les résultats confirment-ils les observations de la question 1 ?
3. Les points B et D sont-ils dans le même état électrique ? Justifier la réponse.
4. Mesurer les tensions UAE, UBE et UCE , le point E étant pris comme référence. Les résultats sont-ils
conformes aux observations précédentes ?
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,
M et 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 P et N sont marqués sur l'appareil : VP = + 12V; VN =
-12V.
Doc. 9 Alimentation symétrique (+ 12 V ; - 12 V).
Questions
1. Mesurer les tensions UPM, UNM et UPN.
2. Exprimer ces tensions en fonction des potentiels VP, VM et VN.