fiche TP_Caractéristique et bilan de puissance pour un générateur

Lycée Jean XXIII REIMS
Chapitre P9 Première S
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CARACTERISTIQUE ET BILAN DE PUISSANCE POUR UN GENERATEUR ET UN RECEPTEUR
Objectifs
 Déterminer les caractéristiques intensité tension d’une pile et d’un récepteur électrochimique à l’aide d’une interface et d’un
ordinateur.
 Dresser un bilan de puissance pour ces deux dipôles.
I- Cas d’un générateur
Montage 1 (générateur idéal)
Réaliser le montage suivant :
Mettre en route l’ordinateur et charger le logiciel Synchronie. On effectue une
acquisition automatique de la tension UPN aux bornes du générateur. L’intensité I
qu’elle débite est saisie au clavier.
On fait varier I entre 0 et 0,2 A en faisant varier la résistance variable (rhéostat) Rv.
On effectue cinq ou six acquisitions puis on enregistre les mesures dans un fichier
Excel.
On exploite ces mesures dans le logiciel Excel.
Tracer
)I(fUPN 
.
a) La tension UPN dépend-elle de l’intensité I ?
b) L’alimentation stabilisée est un générateur idéal de tension. Comment définir ce type de générateur ?
c) La valeur est appelée force électromotrice E du générateur, reproduire le symbole de ce générateur en faisant figurer E par
une flèche.
Montage 2 (générateur électrochimique - pile)
On réalise le même montage en remplaçant le générateur par une pile. Effectuer les acquisitions en faisant varier I.
a) Tracer
)I(fUPN 
.
On propose la relation
rIEUPN 
, déterminer la valeur de E et celle de r en modélisant la courbe expérimentale.
b) Comment varie la tension aux bornes de la pile lorsque l’intensité du courant augmente ?
c) Le schéma équivalent de la pile est le symbole d’un générateur idéal de tension, en série avec celui d’une résistance.
Reproduire ce schéma.
d) Exprimer la puissance électrique PeG fournie par la pile au reste du circuit et la puissance électrique PJ dissipée par effet Joule
dans la pile.
e) Quelle est l’expression de
JeG PP 
en fonction de E et I ?
f) La pile est un générateur électrochimique : à quoi correspond le produit
tIE 
pour une durée de passage ∆t de passage
de courant.
II- Cas d’un récepteur
Montage 3 (électrolyseur)
Réaliser le montage ci-contre. Charger le logiciel « Synchronie ». On effectue
une acquisition automatique de la tension UPA aux bornes de l’électrolyseur.
L’électrolyseur contient une solution de soude à 0,1 mol.L-1. L’intensité I qui le
traverse est saisie au clavier.
On règlera I entre 0 et 200mA en faisant varier la tension délivrée par le
générateur de tension variable.
On effectue cinq ou six acquisitions puis on enregistre les mesures dans un
fichier Excel.
a) Quels sont les ions qui conduisent la courant électrique dans la
solution ?
b) Quels phénomènes sont observés au niveau des électrodes ?
c) L’électrolyseur est-il un générateur ou un récepteur ?
d) Tracer la caractéristique tension-intensité de l’électrolyseur : UPA=f(I).
Quelle différence peut-on faire avec la caractéristique tension-intensité d’un conducteur ohmique ?
e) Par analogie avec la pile, proposer une modélisation mathématique de cette courbe : l’ordonnée à l’origine est égale à la
valeur E’ de la force contre-électromotrice de l’électrolyseur. Donner les valeurs de E’ et de la résistance interne r de
l’électrolyseur. Proposer un schéma équivalent pour l’électrolyseur.
f) Exprimer la puissance électrique PeR reçue par l’électrolyseur, ainsi que la puissance PJ dissipée par effet Joule dans
l’électrolyseur.
g) En déduire l’expression de la différence
JeR PP 
en fonction de E’ et I.
h) Pendant la durée ∆t de passage de courant,
tIE '
est l’augmentation d’énergie interne par transformation chimique du
système constitué par l’électrolyseur et son contenu. Comment se manifeste cette transformation chimique ?