Ressources Mesures et grandeurs électriques

I.S.I. MINI-PROJETS Dossier ressources : Mesures et grandeurs électriques
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Dossier ressources
Mesures et grandeurs électriques en courant continu
Sommaire
 Les lois de l’électricité en courant continu. p 1
 Le générateur de tension continue. p 2
 Les piles et accumulateurs. p 3
 Le générateur de tension alternative. p 4
 Les résistances. p 5
 Les diodes. p 6
 Les moyens de mesures p 7
Le multimètre p 8
L’oscilloscope p 10
 Annexe : Les principaux symboles. p 14

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Les lois de l’électricité en courant continu :
L'électricité est un phénomène invisible (circulation d'électrons), il ne peut être mis en évidence que par ses effets
(chaleur, lumière, force etc...). Les grandeurs physiques qui caractérisent l'électricité sont :
L'intensité du courant : I
La différence de potentiel : U
Exemple de circuit constitué d'un générateur et d'une lampe
(3 représentations) :
Par convention, la circulation du courant se fait toujours du
PLUS vers le MOINS du générateur.
L'intensité :
L'intensité d'un courant électrique s'exprime en Ampères, elle caractérise la quantité d'électrons
qui circulent par unité de temps dans un circuit.
L'appareil utilisé pour la mesure du courant est l'ampèremètre.
Le courant se représente par une flèche sur le circuit. Si le courant est dans le sens de la flèche, il
est positif.
Attention : Le courant à mesurer doit traverser l'appareil,
l’ampèremètre doit être monté en série
En cas de dérivation, le courant se divise, la somme des
courants reste identique (loi des noeuds) : I = i1 + i2.
La différence de potentiel (ddp) ou tension :
Elle s'exprime en volts et caractérise l'attraction qui s'exerce sur les électrons entre deux
points d'un circuit.
La mesure de la tension se fait avec un voltmètre.
Il doit être relié en parallèle sur les deux points du circuit.
Représentation des tensions.
Uab représente la différence de potentiel Ua - Ub, elle est souvent représentée sous forme d'une
flèche, la pointe de flèche représente le premier point (Ua).
Si rien n'est précisé, la tension est mesurée par rapport à la masse
Addition des tensions (loi des mailles)
La somme des tensions dans une maille est toujours nulle.
U1 = U2 + U3 Uac = Uab + Ubc

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Générateur de tension continue :
On reconnaît un générateur de tension à sa particularité de posséder une tension à
ses bornes lorsqu'il est isolé, sans circuit extérieur, c'est-à-dire en l'absence de
courant. Cette tension constitue sa force électromotrice E.
Lorsque qu'une pile débite du courant, la tension à ses bornes diminue
progressivement.
La caractéristique est pratiquement une droite d'équation : U = E - r I
E est la force électromotrice ou tension à vide.
r est la résistance interne de la pile . Plus cette résistance est importance et
plus la chute de tension est grande lorsque l'intensité augmente.
Les accumulateurs ont une résistance interne beaucoup plus faible que les piles, leur tension est pratiquement
indépendante de l'intensité.
Les générateurs sont des dipôles actifs. Les résistors, les lampes, les diodes sont des dipôles passifs
Symboles :
Relations utiles :
Loi d'Ohm : U = R.I
La puissance consommée par un dipole en régime continu : P = U . I (W).
Génératrice : U=E - r.I E : force électromotrice
r : résistance interne
Puissance Utile : Pu= U.I
Puissance absorbée : Pa = E.I
Moteur : U=E’ + r.I E’ : force contre-électromotrice
r : résistance interne
Puissance Utile : Pu = E’.I
Puissance absorbée : Pa = U.I
ou
G
=
+ -

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Les piles et accumulateurs :
Les accumulateurs et les piles sont des systèmes électrochimiques servant à stocker de l'énergie. Ceux-ci la restituent
sous forme d'énergie électrique, exprimée en watt-heure (Wh). L'électricité est produite entre deux électrodes baignant
dans un électrolyte. L'accumulateur est basé sur un système électrochimique réversible. Il est rechargeable par
opposition à une pile qui ne l'est pas. Les piles les plus utilisées sont les piles salines ou alcalines.
Caractéristiques
La tension nominale d'une pile est de 1,5V. Pour
réaliser des piles avec une tension plus importante, on
empile les éléments (pile 9V). La résistance interne
d'une pile est importante ce qui a pour effet de faire
chuter la tension quand le courant augmente. La mise
en court circuit est donc sans risque.
Charge
Pendant la charge, un accumulateur se transforme en récepteur. Le
courant de charge en Ampère est en général 1/10 de la capacité en
Ampère.heure (Ni-Cd). Certains accumulateurs comme les
accumulateurs Lithium-Ion voire les Ni-Mh nécessite l'emploi de
chargeur 'intelligents" pour contrôler la charge.
La charge se fait avec un générateur de courant constant.
Piles
Piles salines :
Bon marché Piles alcalines Grande capacité
(Certaines sont rechargeables) Piles au Lithium
Calculatrices, PDA, montres
Grande capacité massique
Tension d'un élément : 3V
Coût élevé
Accumulateurs
Ni-Cd Ni-Mh Lithium-Ion Plomb
Pour
Les plus courants, charge
facile
Acceptent une surcharge
Possibilité de charge
rapide
Fort courant de décharge
Faible autodécharge
Contre
Problème d'effet mémoire
Pollution du Cadmium
Tension d'un élément :
1,2V
Pour
Plus grande capacité
(+40%)
Pas d'effet mémoire
Contre
Charge plus délicate
Courant de décharge plus
limité
Tension d'un élément :
1,2V
Téléphones GSM,
ordinateurs portables,
caméscopes.
Pour
La plus grande capacité
Meilleure gestion du
niveau de charge
Contre
Coût élevé
Chargeur spécifique
Tension d'un élément :
3,6V
Accumulateurs pour
automobiles, onduleurs
Pour
Grande capacité volumique
Fort courant de décharge
(centaines d'ampères)
Très faible résistance
interne
Contre
Très lourds
Electrolyte liquide (acide)
Tension d'un élément : 2V
Capacité d’une batterie (Ah) : C = I.t I : courant (A)
t = temps de décharge (h)

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Générateur de tension alternative :
Il y a un seul type de générateur de courant alternatif : l'alternateur. On le
trouve sur les vélos sous le nom, donné à tort, de "dynamo". L'alternateur
est constitué d'un aimant tournant entre deux bobines de fil, au bout
desquelles on récupère le courant alternatif.
Symbole
Un générateur qui fournit du courant alternatif a une tension variable à ses bornes. Elle prend des valeurs positives
puis négatives.
Toute tension alternative peut être différenciée d’une autre par la
valeur maximale prise par la tension au cours du temps qui est
appelée tension maximale et notée Umax.
La tension maximale Umax est proportionnelle à la tension efficace
Ueff et le coefficient de proportionnalité est, pour une tension
alternative sinusoïdale, égale à 2 : 2
max =
Eeff
U
Les tensions alternatives peuvent être visualisées sur un
oscilloscope. Elles peuvent être découpées en parties
identiques qui se répètent à intervalles de temps régulier :
ces tensions sont dites périodiques et la plus petite partie
d’une tension qui se répète est appelée motif élémentaire. La
durée pendant laquelle le spot décrit un motif élémentaire est
appelée période (exprimée en seconde) et se note T
On peut de la même façon définir la fréquence d’une tension
périodique. C’est le nombre de fois que se répète le motif
élémentaire pendant une seconde. Elle s’exprime en hertz (Hz) et se note f.
La fréquence d’une tension est simplement l’inverse de la période. On a où f est exprimée en hertz (Hz) et T en
secondes (s) :
f
T
1
=
Umax
G
∼
∼∼
∼