10 S - TP de physique 10:

1° S - activité de physique n° 12 :
ETUDE ENERGETIQUE D’UNE PILE ELECTRIQUE LR 12
Rappel : La caractéristique intensité-tension d’un dipôle électrique est la courbe U = f(I)
qui représente les variations de la tension à ses bornes, en fonction de l’intensité I du
courant qui le traverse.
I. Caractéristique intensité-tension de la pile
1. Faire le schéma du montage électrique qui permette de faire les mesures nécessaires
pour tracer la caractéristique intensité-tension de la pile, sachant qu’on dispose d’un
potentiomètre, de résistance totale RT = 100 .
Prévoir une résistance RP = 10 Ω de protection, pour éviter que la pile ne débite un
courant trop important.
2. Orienter le circuit électrique et flécher la tension UPN en utilisant la convention
générateur.
3. Effectuer une série de mesures, en faisant varier l’intensité I débitée par la pile entre
0 et 400 mA environ, par pas de 50 mA environ. Mesurer la tension U PN aux bornes de la
pile.
4.
Sur
une
feuille
de
papier
millimétré
tracer
la
courbe
UPN
=
f(I)
5. Montrer que la courbe obtenue, peut être modélisée selon l’expression suivante :
UPN = E - b I
Le coefficient E est appelé force électromotrice (f.e.m) de la pile.
6. Préciser l’unité S.I des coefficients E et b. Quelle est leur signification physique ?
Proposer un nom pour le coefficient b.
7. Déterminer leur valeur numérique en vous aidant du graphique précédent.
8. En déduire l’expression littérale et l’expression numérique de la loi d’ohm généralisée
(relation entre UPN et I) pour la pile.
II. Etude énergétique
1. Faire un bilan des transferts d'énergie dans la pile
2. Exprimer l’énergie We cédée par la pile au circuit électrique, sous forme de travail
électrique, pendant une durée quelconque Δt.
3. Exprimer l’énergie WJ dissipée par effet joule dans la pile ainsi que l’énergie interne Eint
provenant des réactions chimiques internes.
4. Calculer We, WJ et Eint lorsque la pile débite un courant, supposé constant, I = 100 mA,
pendant une durée Δt = 10 min.
5. Exprimer, puis calculer le rendement énergétique de la pile. Comparer avec celui de
l’électrolyseur étudié lors du TP précédent.
6. Les générateurs qu’on utilise en TP sont des générateurs de tension, c'est-à-dire qu’ils
délivrent une tension constante, indépendante de l’intensité I du courant qu’ils débitent, à
condition que le courant ne soit pas trop important. Comment est-ce possible ?
III. Point de fonctionnement d’un circuit
On souhaite alimenter la lampe dont on a tracé la caractéristique intensité-tension au
cours du TP précédent, en utilisant cette pile.
1. Montrer, en utilisant une méthode graphique, qu’il est possible de prévoir quelle sera la
tension commune aux bornes de la pile et de la lampe et l’intensité du courant dans le
circuit. Justifier le titre du paragraphe.
2. Réaliser le circuit électrique et vérifier les prévisions expérimentales.
On souhaite maintenant alimenter l’électrolyseur dont on a tracé la caractéristique
intensité-tension au cours du TP précédent par cette pile.
3. Trouver, par une méthode mathématique basée sur l’utilisation des lois d’électricité
établies lors des séances précédentes, le point de fonctionnement du circuit.