- enseignement Catholique

Document1926
AUTEURS : Jean-Baptiste Schuermans et Philippe Godts
Fiche d’expérience 6
Protection contre les surintensités électriques
Objectif d’apprentissage
Comprendre comment on protège une installation électrique contre les intensités excessives de
courant électrique.
Description générale
Lorsqu’un courant circule dans un conducteur, celui-ci s’échauffe. Les surintensités peuvent conduire
à des risques d’incendie. En cantonnant la surchauffe à une portion « plus faible » du circuit, le
fusible, on protège l’ensemble de l’installation contre la surchauffe. En effet, le fusible fond quand le
courant qui le parcourt dépasse la valeur de référence.
Matériel et produits
 Alimentation électrique (6 V/3 A) ;
 Ampoule sur soquet (6 V/0,5 A) ;
 Ampèremètre analogique de calibre 10 A ;
 Portion de 20 cm de fil de nichrome (0,2 mm ou 0,3 mm de diamètre) ;
 Cordons conducteurs et pinces-crocos.
Santé, sécurité, notes techniques
Voir remarques générales dans le document relatif à la boîte électrique de base (BEB).
Cette expérience est plus délicate car la réalisation d’un court-circuit risque d’endommager le matériel.
Pour l’éviter, utiliser un ampèremètre et une alimentation protégée contre les surintensités. Couper
l’alimentation entre chaque manipulation. Prévoir un morceau de carton pour recevoir les débris de fil
fondu.
HPT
Formation scientifique
UAA5

Document1926
Procédure
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 Raccorder l’ampoule au générateur. Lorsqu’on shunte (court-circuite) brièvement l’ampoule,
elle s’éteint.
 Intercaler une portion de fil « fusible » (le fil de nichrome) en série avec l’ampoule, ainsi que
l’ampèremètre. Commencer par une longueur de 20 cm de fil fusible. Allumer le générateur,
puis shunter brièvement l’ampoule. Observer le fil et mesurer la valeur du courant.
 Répéter l’opération en diminuant progressivement la longueur de fil fusible sans descendre
en-dessous d’une longueur utile de 4 cm. Observer l’effet du shunt sur le fil et sur l’intensité
mesurée.
Note pour le professeur
Cette expérience prolonge l’activité « Fil électrique chauffant » qui montre que l’intensité du courant
augmente lorsque la résistance diminue. A résistance quasi nulle (court-circuit), l’intensité augmente
donc considérablement.
Lors des essais avec des longueurs décroissantes de fil de nichrome d’un diamètre de 0,2 mm, celui-
ci commence par se dilater, puis rougit, pour se rompre pour une longueur d’environ 4 cm (la valeur
du courant étant alors d’environ 4 A).
Variantes
 On peut également réaliser l’expérience ci-dessus avec une longueur de 20 cm de fil de fer nu de
0,1 mm de diamètre. Il doit alors être raccordé en série avec une ampoule (12 V/0,1 A) à un
générateur (12 V/3 A). Il se rompt quand on le raccourci jusqu’à une longueur d’environ 9 cm, et
le courant s’élève alors à environ 2,7 A.
 Proposer aux élèves de brancher en série une ampoule, un ampèremètre et un petit fusible (de
calibre assez inférieur au courant de service de l’ampoule), le tout raccordé à un générateur
variable. En augmentant la tension progressivement, on voit que le fusible fond en interrompant
le circuit un peu après que le courant ait dépassé le calibre du fusible, comme en témoigne
l’extinction de l’ampoule.
 On peut également brancher une ampoule (6 V/0,5 A) raccordée en série avec un petit fusible
(calibre 800 mA) et à un ampèremètre (calibre 3 A) à un générateur (6 V) ou éventuellement à
une pile (4,5 V). En branchant au fur et à mesure des ampoules identiques en parallèle avec la
première, le courant total dépasse à un certain moment le calibre du fusible qui interrompt le
courant en fondant.
 Montrer aux élèves un circuit électrique comprenant une lampe placée en série avec un peu de
laine de fer, placée sur un support incombustible (assiette). Court-circuiter la lampe et faire
observer ce qu’il se produit.
Développements attendus principalement visés
Dans une situation donnée, choisir en le justifiant le dispositif de sécurité adéquat (fusible, disjoncteur,
différentiel, prise de terre) (C6).
L’élève choisit le fusible ou le disjoncteur pour protéger un circuit contre les surintensités, puis il choisit
le différentiel et la prise de terre pour protéger les personnes en cas de contacts accidentels avec une
pièce sous tension.
Établir expérimentalement comment varie l’intensité du courant dans un circuit quand la résistance
varie à tension constante (A2).
L’élève utilise ou construit un dispositif expérimental permettant de vérifier qu’à tension constante,
l’intensité du courant diminue quand la résistance augmente.
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Voir par exemple la fiche Phywe EEP 1.8.