1 Appareil de mesure de la tension électrique son
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Appareil de mesure de la tension électrique son montage et comment l’utiliser 1. La montagne! Le plan d'une station de ski est représenté ci-dessus, avec un «remonte-pente» et trois pistes…. 2. comment peut on mesurer une dénivellation avec quel appareil? 3. Exemple 4. Deuxième analogie la rivière - dénivellation - pente - Mesures 5. Dans les analogies précédentes pour avoir un courant il faut une dénivellation et une pente qui permettra d’avoir un courant d’eau ou de skieurs. .En électricité il faudra avoir une dénivellation d’un autre type pour avoir un courant… 6. La tension. Il existe une différence de «niveau électrique » donc une dénivellation que l’on appellera, tension, entre l'entrée et la sortie d'un dipôle, quand le courant y circule. Elle se notera U 7. La dénivellation entre deux points que l’on appelle tension électrique se mesure avec cet appareil que l’on appelle multimètre 8. Utilisation du multimètre en volmètre 9. Les symboles normalisés du multimètre 10. Schéma de montage voltmètre circuit série et dérivation 11. Mesure de la tension électrique 12. Mesure de la tension aux bornes d'un générateur en circuit ouvert 13. TP 1 électricité 01/2008 1. Le générateur utilisé est une pile en état de fonctionnement. 2. Mesure de la tension électrique en circuit ouvert puis fermé 1 H INT B La montagne! Le plan d'une station de ski est représenté ci-dessus, avec un «remonte-pente» et trois pistes: une bleue (difficulté moyenne) pente moyenne, une verte (piste facile) petite pente et une noire (piste difficile) grande pente. Un sportif effectue de nombreuses descentes dans une après-midi. 1) A quoi correspond la dénivellation ? 2) A quoi correspond la pente ? 3) Quel est l’élément le plus important dans ce circuit ? Pour que les skieurs puissent circuler, il faut : une dénivellation qui est égale à la différence de niveau entre le haut (H) et le bas (B) de la station Une pente plus ou moins forte, elle dépend de la dénivellation et de la longueur de la piste : pour la même dénivellation mais deux longueurs de piste différentes les pentes seront différentes. Un remonte pente qui prendra les skieurs en bas pour les mettre en haut. Pour un skieur, le rôle du remonte-pente est essentiel. Il lui permet de s'élever. des skieurs comment peut on mesurer une dénivellation avec quel appareil? Pour mesurer la dénivellation 2 On cherche la différence de niveau entre le haut et le bas de la station. Pour mesurer le niveau haut et le niveau bas de la station on utilisera un altimètre on fera ces les mesures en ces deux points : haut (H) et bas (B) 1. Pour mesurer la dénivellation entre les deux points H et B il faut mesurer la hauteur au point B ensuite au point H. 2. faire la différence On aura ainsi la dénivellation. Mesure de l’altitude en bas de la station : 1450 m Mesure de l’altitude en haut de la station : 1850 m Différence 1850 – 1450= 400 Dénivellation : 400m On a des appareils qui le font automatiquement. 3 H INT B Dénivellation entre B et H 1850 -1450 = 400 Dénivellation entre H et INT 1650 -1450 = 200 Dénivellation entre INT et B 1650 -1450 = 200 → Dans le dernier cas pour la même dénivellation on a des chemins de longueurs différentes donc des pentes différentes et donc des difficultés différentes. 4 Deuxième exemple la rivière - dénivellation - pente - Mesures H1 H H2 H3 Il y a une dénivellation entre le point a et le point b : H1 S’il y a une dénivellation l’eau peut donc couler entre ces deux points. De même entre les points b et c : H2 et les points c et d : H3 et H4 Remarques : H = H1 + H2 H3 = H4 Il y a un remonte pente pour l’eau de la rivière qui part de a point haut pour arriver au point d point bas c’est le cy……. de l’e… On peut employer le même système de mesure que précédemment pour mesurer la dénivellation entre les différents points. H4 5 Dans les analogies précédentes pour avoir un courant il faut une dénivellation et une pente qui permettra d’avoir un courant d’eau ou de skieurs. En électricité il faudra avoir une dénivellation d’un autre type pour avoir un courant. Si il a un courant, il y a une dénivellation on va dire électrique. Aux bornes du générateur, comme aux bornes du téléphérique ou de la rivière il doit y avoir toujours une dénivellation. On mesurera cette dénivellation avec un autre type aussi d’altimètre. 6 La tension. Il existe une différence de «niveau électrique » donc une dénivellation que l’on appellera, tension, entre l'entrée et la sortie d'un dipôle, quand le courant y circule. Elle se notera U U est la dénivellation entre le haut est le bas du circuit flèches U1 est la dénivellation aux bornes de la première lampe U2 est la dénivellation aux bornes du moteur U3 est la dénivellation aux bornes de la lampe à droite après le point de séparation U4 est la dénivellation aux bornes de la lampe à gauche après le point de séparation 7 La dénivellation entre deux points que l’on appelle tension électrique se mesure avec cet appareil que l’on appelle multimètre + Le multimètre sera en position voltmètre - 8 Utilisation du multimètre en volmètre Comment mesurer une tension aux bornes d'un dipôle, ou entre deux points A et B d'un circuit électrique ? 1. Placer le curseur dans la zone « V =» sur le plus grand calibre (ici 600). 2. Placer un fil noir à la borne COM du multimètre. 3. Placer un fil rouge à la borne V du multimètre. Remarque Toujours brancher le voltmètre en dérivation entre deux points d’un circuits 4. Pour prendre la tension aux bornes d’un dipôle A et B (A étant dirigé vers la borne positive du générateur) connecter le point A à la borne V et le point B à la borne COM. Remarque 5. 6. 7. La borne V sera toujours dirigée vers la borne positive du générateur la borne COM vers la borne négative, il faut que le courant entre par la borne V Vérifier que le circuit est fermé. Positionner Le curseur sur le meilleur calibre pour cette tension. Lire la mesure. La tension U entre A et B s'affichera en volts (V). 9 Les symboles normalisés du multimètre 1) Le voltmètre. Le voltmètre est représenté par un V dans un cercle. Le V correspond à l'unité de la tension électrique (volt). On peut représenter la tension mesurée par une flèche au-dessus du cercle, surmontée de la lettre U. Cette flèche est orientée de la borne COM vers la borne V du voltmètre. U ? 10 Schéma de montage voltmètre circuit série et dérivation 11 ► L'intensité du courant et la tension sont deux grandeurs électriques, qui peuvent donc être mesurées. ► Pour les mesurer, on utilise un appareil appelé multimètre, qui a plusieurs fonctions. ► Utilisé en voltmètre, le multimètre mesure la tension, exprimée en volts. ► Il est branché en dérivation aux bornes du dipôle étudié, ou entre deux points du circuit. ► Utilisé en ampèremètre, le multimètre mesure l'intensité du courant, exprimée en ampères. Il est branché en série en un point du circuit. Mots nouveaux ► Tension électrique: grandeur électrique mesurée entre deux points d'un circuit (en particulier aux bornes d'un dipôle) et exprimée en volts (V). ► Multimètre: appareil de mesure qui permet de mesurer des tensions et des intensités. ► Intensité du courant électrique: grandeur électrique mesurée en un point d'un circuit et exprimée en ampères (A). 12 PREPARATION TP Mesure de la tension électrique 13 Mesure de la tension électrique 3. L'unité La tension électrique, notée U, s'exprime en volt (symbole V). On utilise parfois un sous-multiple du volt appelé millivolt (symbole mV) : 1 V = 1 000 mV Dans l'industrie ou pour le transport de l'électricité, on emploie des multiples du volt : le kilovolt (kV) : 1 kV = 1 000 V = 103 V le mégavolt (MV) : 1 MV = 1 000 000 V = 106 V. 4. Le voltmètre La tension électrique se mesure avec un voltmètre. Il s'agit le plus souvent d'un multimètre employé en mode voltmètre Son symbole est : V Un voltmètre possède deux bornes : la borne COM et la borne V 5. La préparation l'appareil de mesure Pour utiliser un multimètre en mode voltmètre ► on relie un fil électrique noir à la borne COM et un fil électrique rouge à la borne V ► On place le curseur dans la zone « V =» sur le plus grand calibre. 14 6. Mesure de la tension aux bornes d'un générateur en circuit ouvert Comment mesurer une tension aux bornes d'un dipôle, ou entre deux points A et B d'un circuit électrique ? Placer un fil noir à la borne COM du multimètre. Placer un fil rouge à la borne V du multimètre. Placer le curseur dans la zone « V =» sur le plus grand calibre. Remarque Toujours brancher le voltmètre en dérivation entre deux points d’un circuit La borne V sera toujours dirigée vers la borne positive du générateur la borne COM vers la borne négative Vérifier que le circuit est fermé. Positionner Le curseur sur le meilleur calibre pour cette tension. Lire la mesure. La tension U entre A et B s'affichera en volts (V). 15 16 TP 1 2007 électricité Document 7. Le générateur utilisé est une pile en état de fonctionnement. ► Préparer le multimètre en voltmètre 1. Utilisation du multimètre en voltmètre Un multimètre a plusieurs fonctions. L'une d'elles permet de mesurer une tension électrique. L'appareil fonctionne alors en voltmètre. Les calibres du voltmètre — Les calibres du voltmètre sont les différentes valeurs du secteur V . Chaque calibre est la tension maximale qui peut être mesurée pour la position choisie du sélecteur. Attention : si la tension mesurée est supérieure au calibre utilisé, le multimètre est endommagé. Pour une première mesure on commence donc par le calibre le plus élevé. Si cela est possible, on effectue une autre mesure car, plus la valeur de la tension mesurée est proche de la valeur du calibre utilisé, plus la mesure est précise. Pour une deuxième mesure, on choisit le calibre immédiatement supérieur à la valeur trouvée avec le plus grand calibre. 2. Branchement 1. Réaliser le circuit sur lequel on effectue les mesures. 2. Placer le sélecteur du multimètre sur la valeur la plus élevée du secteur V—. 3. Brancher le voltmètre en dérivation entre les bornes du dipôle : 4. Connecter la borne V du voltmètre à la borne du dipôle par laquelle le courant rentre 5. Connecter la borne COM du voltmètre à la borne du dipôle par laquelle le courant sort. 6. Faites vérifier 3. Mesure 7. Noter la valeur de la tension. Un point entre deux chiffres représente une virgule. 8. Choisir le calibre immédiatement supérieur à la valeur précédente et refaire la mesure si nécessaire. 9. Noter le résultat définitif. 10.Ne pas oublier de noter l'unité et d'arrondir le dernier chiffre sans signification, compte tenu de la précision de l'appareil. — Le multimètre, avec le sélecteur placé dans la zone «V .» sur le calibre le mieux adapté qui est : …, nous indique la tension électrique existant entre les bornes de la pile: U = …..V. ► Inversons le branchement de la pile aux bornes du multimètre. Le voltmètre affiche un signe négatif on lit : U = … V. 17 Mesure de la tension électrique en circuit ouvert puis fermé Soit un circuit électrique comportant en série un générateur, une lampe et un interrupteur Placer sur le schéma électrique les autres voltmètres aux dipôles restant 18 1) A Mesures en circuit ouvert Un circuit électrique comporte en série un générateur, une lampe et un interrupteur ouvert : il n'y a pas de circulation de courant dans le circuit. Mesurons, à l'aide d'un voltmètre, la tension aux bornes des éléments du circuit et reportons les résultats dans un tableau Elément du circuit Tension électrique mesurée (V) Générateur Lampe Interrupteur Fil de connexion La tension entre les bornes d'une lampe est nulle La tension entre les bornes du générateur est égale à la tension entre les bornes de l'interrupteur ouvert 19 1) B Fermons l'interrupteur : le courant électrique circule Effectuons à nouveau les mesures de tension électrique. Les résultats sont reportés dans un nouveau tableau La lampe étant allumée elle est donc parcourue par un courant électrique. Il existe une tension entre les bornes de la lampe. Elément du circuit Tension électrique mesurée (V) Générateur Lampe Interrupteur Fil de connexion Dans ce circuit la tension aux bornes de la lampe est égale à la tension entre les bornes du générateur. la tension est nulle entre les bornes de l'interrupteur fermé où entre les extrémités d'un fil de connexion bien qu'un courant y circule. 20 TP. n°2 : Mesures de tensions dans un circuit série. Loi d'additivité des tensions Schéma du circuit à étudier : Représente ci-dessous le schéma d'un circuit série composé d'un générateur de tension continue, de 2 lampes et d'un interrupteur ouvert (le générateur sera relié à une des lampes par un fil de connexion noté AB) . Complète ce schéma en y ajoutant 5 voltmètres permettant de mesurer la tension aux bornes du générateur, aux bornes de chacune des 2 lampes, aux bornes de l'interrupteur et aux bornes du fil de connexion. Fais contrôler par le professeur. Réalisation du circuit : Réalise ce circuit, prépare le voltmètre sur le calibre 20 V et fais contrôler par le professeur. Mesures : Effectue les mesures et complète les tableaux suivants : interrupteur fermé interrupteur ouvert Dipôle Générateur Lampe L1 Lampe L2 Interrupteur Fil AB Valeur de la tension (V) Dipôle Valeur de la tension (V) Générateur Lampe L1 Lampe L2 Interrupteur Fil AB 4. Conclusions : La tension entre les bornes d'un interrupteur fermé ou entre les bornes d'un fil de connexion est ________________. Par contre, la tension entre les bornes d'une lampe en fonctionnement n'est pas __________________. La tension entre les bornes d'un interrupteur ouvert n'est pas __________ Dans le cas où l'interrupteur est fermé, essaie d'additionner les tensions mesurées aux bornes des 2 lampes ; aux bornes de l'interrupteur et aux bornes du fil AB, compare avec la valeur de la tension aux bornes du générateur et énonce Loi d'additivité des tensions dans un circuit en série ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ______________________________________ 21 TP. n°3 : Mesures de tensions dans un circuit en dérivation Schéma du circuit à étudier : Représente ci-dessous le schéma d'un circuit composé d'un générateur de tension continue et de 2 lampes montées en dérivation. Complète ce schéma en y plaçant 3 voltmètres permettant de mesurer la tension aux bornes du générateur et aux bornes de chacune des 2 lampes. Fais contrôler par le professeur. Réalisation du circuit : Réalise ce circuit , prépare le voltmètre sur le calibre 20 V et fais contrôler par le professeur. Mesures : Effectue les mesures et complète le tableau suivant : Dipôle Valeur de la tension (V) Générateur Lampe LI Lampe L2 Conclusion Compare les valeurs que tu as obtenues et énonce la loi vérifiée par la tension dans un circuit en dérivation : ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ________________ 22 23 La tension électrique dans un circuit en série Loi d'additivité des tensions Un circuit comprend en série un générateur, un interrupteur fermé et deux lampes L1 et L2 Plaçons successivement un voltmètre dans les positions V, V1 et V2 afin de mesurer les valeurs des tensions électriques que nous noterons : ► U entre les bornes de l'ensemble des deux lampes (entre les points C et D) ; ► U1 aux bornes de L1 ; ► U2 aux bornes de L2 Compte tenu des incertitudes de mesure et sachant que la tension entre les bornes F et G du fil de connexion reliant les Lampes est presque nulle on en déduit que : U = U1+U2. La tension aux bornes d'une portion de circuit formée de dipôles en série est égale à la somme des tensions aux bornes de chacun des dipôles. Les tensions entre les points P et C puis entre D et N étant aussi presque nulles, la tension U est aussi celle existant entre les bornes du générateur. On peut donc écrire : Dans un circuit en série, la tension aux bornes du générateur est égale à la somme des tensions aux bornes des autres dipôles du circuit. P U1 + - N U2 24 ► La tension aux bornes d'une portion de circuit formée de dipôles en série est égale à la somme des tensions aux bornes de chacun des dipôles ► Dans un circuit en série, la tension aux bornes du générateur est égale à la somme des tensions aux bornes des autres dipôles du circuit. ► La tension aux bornes d'une portion de circuit en série ne dépend pas de l'ordre des dipôles associés en série. Ajoutons une Lampe en série dans le circuit et mesurons les tensions à quatre endroits différents On observe encore que : U' = U'1 + U'2 + U'3, aux incertitudes de mesure près. En modifiant la structure du circuit électrique en série, on constate que les valeurs des tensions aux bornes des dipôles changent mais que la loi demeure. La loi d'additivité des tensions est toujours vérifiée. 25 Soit un circuit électrique comprend un générateur, un interrupteur fermé et deux lampes différentes branchées en dérivation, on place un voltmètre dans les positions V, V1 et V2 afin de mesurer les valeurs des tensions électriques : On constate que : U1 = U2 = U Dans un circuit électrique comportant des dérivations, la tension est la même aux bornes de chaque dipôle monté en dérivation. On remplace les deux lampes par un moteur et une résistance associés en dérivation dans le circuit : On constate que : U = U1 = U2, La Loi d'unicité des tensions dans un circuit comprenant des dérivations est toujours vérifiée. A savoir Les lois de La tension dans un circuit en boucle simple ► La tension aux bornes d'une portion de circuit formée de dipôles en série est égale à la somme des tensions aux bornes de chacun des dipôles ► Dans un circuit en série, la tension aux bornes du générateur est égale à la somme des tensions aux bornes des autres dipôles du circuit. ► La tension aux bornes d'une portion de circuit en série ne dépend pas de l'ordre des dipôles associés en série. Pour un circuit composé d'un générateur G et des dipôles D1, D2, D3 ……… montés en série: UG = UD1 + UD2 + UD3 +………. Les lois de la tension dans un circuit avec dérivations ► Dans un circuit avec dérivations, la tension aux bornes de la branche principale est égale à la tension aux bornes de chaque branche dérivée : on parle de loi d'unicité de la tension. ► La Loi d'unicité des tensions dans un circuit comprenant des dérivations est toujours vérifiée. Pour un circuit composé d'un générateur G et des dipôles D1, D2, D3 …montés en dérivation: UG = UD1 = UD2 = UD3 = ………. 26 THEME DE CONVERGENCE 27 L'électrocardiogramme mesures de très faibles tensions Un électrocardiogramme est l'enregistrement pendant environ cinq minutes de la tension entre le corps du patient et le sol (la terre). On utilise pour cela des électrodes collées à la surface de la peau. On recueille un tracé sur lequel figurent entre autres des pics réguliers, indiquant les battements du coeur. Son interprétation reste cependant complexe et requiert une certaine habitude du clinicien. La tension mesurée donne une indication sur l'activité musculaire du coeur. C'est un examen rapide, indolore et dénué de tout danger, qui est particulièrement utile pour la prévention de l'infarctus du myocarde. En 1801, le physicien italien Alessandro Volta (1745-1827) donne à Paris une conférence sur la pile électrique qu'il a inventée : des rondelles de zinc et de cuivre, séparées par du feutre imbibé d'eau salée. Dans l'auditoire se trouvent des membres de l'Institut et... le Premier consul, Napoléon Bonaparte, qui, impressionné par la démonstration, comblera d'honneurs le physicien : en 1810, Volta est nommé comte de l'Empire. Aujourd'hui encore, c'est la communauté scientifique tout entière qui rend hommage à Volta : l'unité internationale de tension électrique porte son nom, c'est le volt. 28 1. Combien de temps s'est écoulé entre deux battements du coeur sur cet électrocardiogramme ? 2. Mesure la distance entre le point le plus haut et le point le plus bas. Convertis en millivolts avec l'échelle. À quoi correspond cette valeur? 1. Quelles marques de reconnaissance a reçues Volta de son vivant et après sa mort ? 2. Recherche quelques autres unités du système international (SI) et l'origine de leur nom. 29 EXERCICES 30 Mesurer la tension électrique a. Quel appareil utilise-t-on pour mesurer la tension électrique ? b. Comment branche-t-on cet appareil dans un circuit? Connaître une unité de mesure a. Quelle est l'unité de mesure de la tension électrique ? b. Quel est son symbole ? c. Pour les tensions électriques élevées, on utilise parfois des multiples de cette unité : lesquels ? Quels sont leurs symboles ? Brancher un voltmètre a. Schématisez un circuit comportant un générateur, un moteur, un interrupteur fermé et un voltmètre aux bornes du moteur. b. Indiquez les bornes V et COM du voltmètre. Convertir Recopiez et complétez les égalités suivantes : a. 1,2 V = .... mV b. 834 mV = .... V c. 0,005 V = .... mV d. 36 mV = .... V e.2 500 V = .... kV f.55 000 V = .... kV g. 0,9 kV = .... V h. 3 MV = .... V a. Reproduisez le schéma représenté ci-contre et indiquez les bornes V et COM du voltmètre pour mesurer une tension positive. b. On ouvre l'interrupteur. Qu'indique le voltmètre ? Trouver le bon schéma 1. On veut mesurer la tension électrique aux bornes d'un moteur. 2. Sur quel schéma l'appareil de mesure est-il correctement branché ? 31 Corriger les schémas 1. Parmi les quatre schémas ci-dessous, dans le(s)-quel(s) le branchement du voltmètre est incorrect? 2. Dans lequel le branchement du voltmètre est-il incorrect pour mesurer une tension positive ? 3. Recopiez et corrigez le schéma incorrect relatif à la question b. Comparer le comportement d'une diode et celui d'un interrupteur Arthur réalise un circuit électrique comprenant en série une pile, une DEL et sa résistance de protection. La DEL brille. a. Schématisez le montage. b. Il veut mesurer la tension entre les bornes de la DEL. Complétez le schéma et indiquez-y les bornes du voltmètre. c. Il inverse le sens de la DEL. A. Que se passe-t-il? B. Comment se comporte la DEL? C. La tension affichée est-elle nulle ? D. À quelle tension est-elle égale ? 32 En observant ces skieurs effectuant un parcours le long d'une piste de ski, on peut comprendre le rôle du générateur dans un circuit électrique et ce que représentent les grandeurs fondamentales en électricité, la tension et l'intensité. Sur la piste, les skieurs se déplacent du haut du télésiège vers le bas du télésiège, comme le courant électrique qui va du pôle + au pôle - du générateur. Les skieurs : ils descendent et remontent sans arrêt. Leur parcours forme une boucle fermée, comme dans un circuit électrique où le courant ne peut circuler que si le circuit est fermé. L'intensité du courant électrique en un point du circuit électrique correspondrait sur ce schéma au nombre de skieurs qui passent sous la banderole en un temps donné (débit de skieurs). Si la piste de ski est interdite d'accès, combien de skieurs passent sous la banderole ? ► Par analogie, que vaut l'intensité du courant électrique si l'interrupteur est ouvert ? ► En utilisant l'analogie, essaie de trouver une situation correspondant à une tension pratiquement nulle et à une intensité non nulle. ► Pourquoi parle-t-on d'une tension entre deux points d'un circuit et d'une intensité du courant en un point du circuit Mesure de l'intensité L'unité L'intensité d'un courant électrique, notée I, s'exprime en ampère (symbole A). Dans la vie courante, en particulier en électronique, on utilise fréquemment un sousmultiple de l'ampère : Le milliampère (mA) tel que 1 A = 1 000 mA = 103 mA. Dans l'industrie, on emploie également un multiple : Le kiloampère (kA) tel que 1 kA = 1 000 A = 103 A. 33 L'ampèremètre Utiliser un multimètre pour mesurer une intensité 1. Sélectionner la fonction «AMPÈREMÈTRE EN COURANT CONTINU ». Tourner le sélecteur de fonctions et prendre certaines précautions. En fonction «ampèremètre», le multimètre se branche en série ; il doit donc se comporter comme un bon conducteur. 2. Sélectionner le calibre le plus grand. – Le calibre est l'intensité maximale que peut mesurer l’ampèremètre. – Quand on ne connaît pas l'ordre de grandeur de l'intensité, on commence par utiliser le calibre le plus grand, ici 10A. 3. Repérer les bornes «ampèremètre» du multimètre. – Le courant doit sortir de l'appareil par la borne COM (-). – La borne 10 A est à utiliser avec le calibre 10 A. – Sinon, on utilise la borne mA. 4. Intercaler l’ampèremètre en série dans le circuit. A 34 Repérer le sens du courant dans le circuit. Respecter le sens de branchement : le courant doit entrer dans l'appareil par la borne 10A et en ressortir par la borne COM. 5. Actionner l'interrupteur du multimètre et lire la valeur mesurée. Sur certains multimètres, le sélecteur permet aussi la mise en marche. 6. Rechercher le calibre le mieux adapté à la mesure. – Si l'intensité mesurée est inférieure à 0,2 A, sélectionner le calibre 200 mA et utiliser la borne d'entrée mA au lieu de la borne 10 A. – Si le signe «-1 » apparaît, cela signifie que le calibre choisi est trop petit. Le multimètre risque d'être détérioré. Utiliser le multimètre en AMPÈREMÈTR E Branchement EN S ÉRIE M ise en fonctionnement de l'appareil Quelle position choisir pour le sélecteur de fonction ( bouton 2 ) ? Ordre de grandeur de l'intensité mesurée 0,2mA < I < 0,2A 0,2A < I < 10A inconnue bouton 2 sur A bouton 2 sur mA bouton 2 sur 10A bouton 2 sur 10A calibre 200 calibre 200mA calibre 10A calibre 10A I < 0,2mA Quelles bornes utiliserpour introduire l'appareil dans le circuit ? Comment brancher l'appareil ? Autres calibres Le courant traverse l'appareil dans le sens qui va de la borne VA vers la borne COM calibre 10A Le courant traverse l'appareil dans le sens qui va de la borne 10A vers la borne COM Fermer le circuit et effectuer la mesure d'intensité 35 Acquérir une compétence Apprends à mesurer une intensité On monte en série une pile, une lampe et une résistance Bien que ces dipôles fonctionnent correctement, la lampe reste éteinte. Comment dois-tu procéder pour vérifier, avec un multimètre, qu'un courant circule dans la lampe ? Comment faire 1. Débranche un fil de connexion au niveau de la lampe, par exemple au point C, relié à la borne – de la pile. 2. Prépare le multimètre en plaçant le sélecteur sur 20 A et en branchant le fil sur la borne COM du multimètre. 3. Branche un autre fil sur la borne libre de la lampe et sur la borne 20 A du multimètre. 4. Procède ensuite comme sur la fiche technique expérimentale pour que la lampe brille normalement. 5. Rédige la conclusion de l'expérience et commente-la. 36 EXERCICES 37 QCM (Une bonne réponse par question.) a. L'unité de mesure de l'intensité du courant électrique est : 1. le volt 2. le watt 3. le mètre 4. L’ampère b. Dans un circuit électrique, un ampèremètre se branche : 1. en série 2. en dérivation 3. en dehors du circuit 4. Aux bornes du générateur c. 1 A est égal à : 1. 0,001 mA 2. 1 mA 3. 1 000 mA 4. 100 mA d. Les deux bornes de branchement d'un multimètre utilisé en ampèremètre sont : 1. A et COM 2. A et mA 3. V et COM 4. V et A e. Par rapport à l'intensité à mesurer, le calibre d'un ampèremètre doit être : 1. inférieur 2. supérieur 3. égal 4. le plus grand possible Mesurer l'intensité d'un courant électrique a. Quel appareil utilise-t-on pour mesurer l'intensité d'un courant électrique ? b. Comment branche-t-on cet appareil dans un circuit ? Connaître une unité de mesure a. Quelle est l'unité de mesure de l'intensité d'un courant électrique ? b. Quel est son symbole ? c. Pour les courants électriques de faible intensité, on utilise parfois un sous-multiple de cette unité : lequel ? Quel est son symbole ? Brancher un ampèremètre a. Schématisez un circuit comportant un générateur, une lampe, un interrupteur fermé et un ampèremètre. b. Indiquez le sens du courant. c. Indiquez les bornes A et COM de L'ampèremètre. Convertir Recopiez et complétez les égalités suivantes a. 0,17A=... mA b. 1,113A=... mA c. 0,02A=... mA d. 5 mA = ... A e. 4850 mA=... A f. 96 mA=... A g. 1,7 kA = ... A h. 2650A=... kA Compléter un schéma a. Sur le schéma représenté ci-contre, indiquez le sens du courant. Indiquez les bornes A et COM de l'ampèremètre On ouvre l'interrupteur. Qu'indique l'ampèremètre ? Choisir te bon calibre Un ampèremètre possède les calibres 2 mA, 20 mA, 200 mA et 10 A. Choisissez parmi ces calibres lequel est le plus adapté pour mesurer des intensités de : a. 22 mA b. 250 mA c. 5 mA d. 0,1 A. Corriger les schémas a.Parmi les quatre schémas ci-dessous, lesquels sont faux ? b.Lequel est incorrect pour mesurer une intensité positive ? c.Recopiez et corrigez les schémas incorrects. 38 Choisir un calibre Arno branche un ampèremètre en série dans un circuit pour mesurer l'intensité du courant électrique. a. Arno doit-il sélectionner le plus petit ou le plus grand calibre avant d'effectuer sa mesure ? Pourquoi ? b. Sur le calibre 20 A, l'ampèremètre affiche : 0.14 Quelle est la valeur de l'intensité du courant électrique mesurée ? c. Parmi les calibres suivants : 20 A, 200 mA, 20 mA, 2 mA, lequel doit-il choisir pour mesurer l'intensité du courant électrique avec plus de précision ? Prévoir un changement de calibre Charles réalise un montage comprenant un générateur, une Lampe et un ampèremètre possédant les calibres 2 mA, 20 mA, 200 mA et 20 A. L'ampèremètre affiche 0.230 sur le calibre 20 A. a. Quelle est l'intensité du courant en ampère ? en milliampère ? b. Charles rajoute une deuxième lampe en série dans le circuit. L'intensité du courant diminue: elle vaut maintenant 0,160 A. Sur quel calibre doit-il effectuer la mesure ? 39 L'intensité du courant électrique dans un circuit en série L'unicité de l'intensité du courant électrique Un circuit comprend en série un générateur, un interrupteur fermé, deux lampes différentes L1 et L2 et trois ampèremètres A1, A2 et A3 La lampe L1 brille davantage que la lampe L2 : les intensités du courant électrique qui les traverse sont-elles différentes ? Mesurons l'intensité du courant électrique en ces différents points. On note I1, I2 et I3 les valeurs des intensités mesurées par l'ampèremètre placé aux différentes positions. I1 I2 I3 Mesure de l’intensité en ma I1 I2 I3 Compte tenu des incertitudes de mesures, que peut on déduire entre I1, I2 et I3. Les lampes sont donc traversées par des courants électriques de même intensité ! Pourquoi brillent elles différemment ? Pour la seule raison qu'elles sont différentes ! L'influence de l'ordre des dipôles Intervertissons les deux Lampes et mesurons de nouveau l'intensité du courant électrique en plaçant l'ampèremètre dans les trois positions précédentes Les valeurs des intensités mesurées sont encore les mêmes :Il=I2=I3. On constate que la lampe L1 brille toujours davantage que la lampe L2. Remplaçons les deux lampes du montage précédent par une DEL et sa « résistance » associée et mesurons de nouveau l'intensité du courant électrique à différents endroits du circuit électrique. On place successivement l'ampèremètre dans les positions A1, A2 et A3 afin de mesurer les intensités 40 Mesure de l’intensité en ma I1 I2 I3 Que peut on conclure ? ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………. Et si on ajoute une lampe, la loi est elle encore vérifier ? ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… …… Dans un circuit en série, l'intensité du courant électrique est la même dans tous les dipôles. L'ordre des dipôles associés en série n'a pas d'influence sur la valeur de l'intensité du courant électrique qui les traverse. A savoir Les lois du courant électrique dans un circuit en série ► Dans un circuit en série, l'intensité du courant électrique est la même dans tous les dipôles. on parle de loi d'unicité de l'intensité (dans un circuit de dipôles montés en séries). ► L'ordre des dipôles associés en série n'a pas d'influence sur la valeur de l'intensité du courant électrique qui les traverse. ► Pour un circuit composé d'un générateur G et des dipôles D1 et D2 en série On a : IG = ID1 = ID2 Rappels cinquièmes : - branche principal - branches dérivées - Nœud Aux points B et C, trois fils électriques se rejoignent. Les points B et C sont appelés des noeuds. Branche principal C Branches secondaires La branche principale comprenant obligatoirement le générateur Les deux branches dérivées entre les deux noeuds B et C comprenant chacune une lampe (en vert et en bleu). 41 Intensité du courant électrique dans un circuit comportant des dérivations I I’ I2 Réalisons le circuit électrique précédent Plaçons successivement un ampèremètre dans la branche principale (positions A et A') et dans les branches dérivées (positions Al et A2) Relevons les valeurs des intensités dans chaque branche du circuit en appelant : – I et l' les intensités du courant électrique dans la branche principale ; I1 et I2 les intensités des courants électriques dans les branches dérivées. I I1 I2 I1 + I2 Comment sont les courants I et l' ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………. Comparer le courant I et I1 + I2 ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… …………… Conclusion Le fait que I = I' montre que dans la branche principale, l'intensité du courant électrique est la même. Le fait que I = I1 + I2 montre que le courant électrique de la branche principale arrivant au noeud B se sépare en deux courants électriques d'intensité I1 et I2 qui se rejoignent au noeud C pour reformer le courant électrique principal d'intensité I. 42 Caractère universel de la loi Remplaçons Les deux lampes du montage précédent par un moteur et une résistance associés en dérivation dans le circuit Mesurons de nouveau l'intensité du courant électrique dans chaque branche du circuit électrique en plaçant successivement l'ampèremètre dans les positions A, Al et A2 afin de mesurer les intensités du courant électrique I, I1 et I2 I I1 I2 I1 + I2 Conclusion ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… …. Ajoutons une lampe en dérivation aux bornes de la branche principale contenant le générateur et l'interrupteur. Mesurons de nouveau l'intensité du courant électrique dans Les quatre branches du circuit électrique qui comporte maintenant quatre noeuds : les deux anciens, B et C et les deux nouveaux, D et E I I1 I2 I3 I1 + I2 + I3 Conclusion ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… 43 ………………………………………………………………………………………………… A savoir Les lois du courant dans un circuit avec dérivations ► Dans un circuit avec dérivations, l'intensité du courant électrique circulant dans la branche principale (contenant le générateur) est égale à la somme des intensités circulant dans les branches dérivées : on parle de toi d'additivité des intensités. ► Pour un circuit composé d'un générateur et des dipôles D1 et D2 en dérivation : Il et I2 sont les intensités dans les branches contenant respectivement D1 et D2. La somme des intensités des courants qui entrent dans un noeud est égale à la somme des intensités des courants qui en sortent I= ID1 + ID2 44 A savoir Les lois de La tension dans un circuit en boucle simple ► La tension aux bornes d'une portion de circuit formée de dipôles en série est égale à la somme des tensions aux bornes de chacun des dipôles ► Dans un circuit en série, la tension aux bornes du générateur est égale à la somme des tensions aux bornes des autres dipôles du circuit. ► La tension aux bornes d'une portion de circuit en série ne dépend pas de l'ordre des dipôles associés en série. Pour un circuit composé d'un générateur G et des dipôles D1, D2, D3 ……… montés en série: UG = UD1 + UD2 + UD3 +………. Les lois de la tension dans un circuit avec dérivations ► Dans un circuit avec dérivations, la tension aux bornes de la branche principale est égale à la tension aux bornes de chaque branche dérivée : on parle de loi d'unicité de la tension. ► La Loi d'unicité des tensions dans un circuit comprenant des dérivations est toujours vérifiée. Pour un circuit composé d'un générateur G et des dipôles D1, D2, D3 …montés en dérivation: UG = UD1 = UD2 = UD3 = ………. Les lois du courant électrique dans un circuit en série ► Dans un circuit en série, l'intensité du courant électrique est la même dans tous les dipôles. on parle de loi d'unicité de l'intensité (dans un circuit de dipôles montés en séries). ► L'ordre des dipôles associés en série n'a pas d'influence sur la valeur de l'intensité du courant électrique qui les traverse. ► Pour un circuit composé d'un générateur G et des dipôles D1 et D2 en série On a : IG = ID1 = ID2 Les lois du courant dans un circuit avec dérivations ► Dans un circuit avec dérivations, l'intensité du courant électrique circulant dans la branche principale (contenant le générateur) est égale à la somme des intensités circulant dans les branches dérivées : on parle de toi d'additivité des intensités. ► Pour un circuit composé d'un générateur et des dipôles D1 et D2 en dérivation : Il et I2 sont les intensités dans les branches contenant respectivement D1 et D2. La somme des intensités des courants qui entrent dans un noeud est égale à la somme des intensités des courants qui en sortent I= ID1 + ID2 45 46 EXERCICES 47 QCM (Une bonne réponse par question.) a. En tout point d'un circuit en série alimenté par un générateur, l'intensité du courant électrique est : 1. toujours nulle 2. la même 3. différente 4. toujours grande b. Dans un circuit comportant des dérivations, la relation qui existe entre l'intensité I1 du courant électrique dans la branche principale et les intensités I2 et I3 des courants électriques dans les branches dérivées est : 1. I1 = I2 = I3 2. I1 + I2 = I3 3. I2 = I1 + I3 4. I1 = I2 + I3 c. Dans un circuit en série, si on ajoute un dipôle, l'intensité du courant électrique est : 1. la même 2. plus grande 3. plus petite 4. nulle d. Dans un circuit comportant des dérivations, si on ajoute une branche dérivée supplémentaire comportant un dipôle, l'intensité du courant électrique dans la branche principale est : 1. la même 2. plus grande 3. plus petite 4. nulle e. Si on modifie l'ordre des dipôles dans un circuit en série, l'intensité du courant électrique : 1 augmente 2 reste identique 3. diminue 4. devient nulle Énoncer les lois Recopiez et complétez les phrases ci-dessous en utilisant la banque de mots ci-après. La somme / l'ordre / principale / la même / dérivées. a.Dans un circuit en série, l'intensité du courant électrique est…… en tout point du circuit, quelque soit… …. des éléments du circuit. b. Dans un circuit comportant des dérivations, l'intensité du courant électrique dans la branche ……. est égale à….. … des intensités des courants électriques dans les branches Identifier les branches et les nœuds a. Recopiez le schéma représenté ci-dessus et coloriez en rouge la branche principale et en vert les branches dérivées. b. Indiquez le sens du courant électrique dans .es branches. c.Indiquez les noeuds sur le schéma. Utiliser la loi d'unicité Dans le circuit schématisé ci-contre, l'intensité du courant électrique qui sort du générateur est égale à 0,4 A. a.Quelle est l'intensité du courant électrique qui traverse chaque lampe ? b.Énoncez la loi employée. Trouver une intensité On réalise le circuit schématisé ci-dessous. L'ampèremètre Al indique 250 mA et l'ampèremètre A2 indique 0,12 A. a.Calculez la valeur de l'intensité du courant électrique délivré par le générateur. b. Énoncez la loi employée. 48 Utiliser la toi d'additivité des intensités Recopiez Le schéma ci-dessous en ajoutant des ampèremètres permettant de mesurer les intensités I, I1 et I2. Les valeurs mesurées pour I et I1 sont respectivement 0,32 A et 0,18 A. Quelle est la valeur de l'intensité I2 du courant électrique qui traverse la « résistance » ? I Compléter un tableau En observant le circuit électrique ci-dessous, complétez le tableau en indiquant les valeurs d'intensités manquantes. I I1 I2 K1 ouvert K2 fermé K1 ouvert K2 fermé K1 ouvert K2 fermé 190 mA 230 mA 0.12 A 49 Utiliser la loi des noeuds Sur le circuit ci-après, les deux lampes sont identiques. L'ampèremètre A indique une intensité I = 0,2 A. 1. Quelles sont les intensités I1 et I2 des courants électriques qui traversent chacune des deux lampes ? 2. On ouvre l'interrupteur K. Que devient l'intensité du courant électrique qui traverseL1 3. Comparez les intensités I et I2. 4. Quelle intensité (I ou I2) a varié par rapport au montage initial ? 5. On ferme à nouveau l'interrupteur K et on ajoute une troisième lampe identique, en dérivation avec L1 et L2. 6. Calculez l'intensité I du courant électrique dans la branche principale. 7. En comparant La valeur trouvée avec celle de la question 1, que constatez-vous ? Rectifier : vrai ou faux Toutes les lampes du circuit schématisé ci-dessous sont identiques. L'ampèremètre A indique une intensité valant 0,3 A Parmi ces affirmations, certaines sont fausses. Lesquelles ? Corrigez-les en justifiant. a. L'intensité du courant électrique qui traverse L5 supérieure à 0,3 A. b. La lampe L4 brille davantage que la lampe L5. c. Les Lampes L2 et L3 brillent de la même façon, d. La lampe L5 brille moins que la lampe L1. e. L'intensité du courant qui traverse L1 est égale la somme des intensités des courants qui traverse-: L4 et L5. f. L'intensité du courant qui traverse la lampe vaut 0,3 A. 50 Écris la relation mathématique reliant les tensions U1, U2, U3 et U4. U1 U4 On mesure une tension de 4V aux bornes du générateur. 1.Quelle est la tension aux bornes du moteur? 2.Quelle est la tension aux bornes de la lampe L1 ? 3.La tension aux bornes de L2 est 3 V. Quelle est la tension aux bornes de L3? Correction 1.On sait que, dans un circuit en dérivation, la tension aux bornes de la branche principale est égale à la tension aux bornes de chaque branche dérivée : le moteur est le seul dipôle récepteur de la 2e dérivation, on peut donc en déduire que la tension à ses bornes est égale à celle du générateur, soit 4 V. 2.L1 est le seul dipôle récepteur de la 1re dérivation, on peut donc en déduire que la tension à ses bornes est égale à celle du générateur, soit 4 V. 3.La 3e dérivation contient deux lampes associées en série : la somme de leur tension est égale à la tension aux bornes du générateur: UL2 + UL3 = 4 V. La tension aux bornes de L3 est donc égale à : 4 - 3 = 1 V. 51 Sur ce schéma, les symboles de multimètres ont été effacés. Peux-tu compléter ? Justifie tes réponses. 1.Dans quelle branche du circuit l'ampèremètre mesure-t-il l'intensité du courant? 2.Où faudrait-il mettre l'ampèremètre pour mesurer l'intensité du courant sortant de la lampe L1 ? 3.Refais le schéma et place l'ampèremètre dans la bonne position. Skier parallèle ou en dérivation (1) 1.Rédige une phrase expliquant la loi des tensions dans un circuit avec dérivations. 2.Dans l'analogie proposée p. 90, la tension est représentée par la dénivellation de la piste de ski et chaque branche représente une piste. a.Dessine ces deux pistes et le remonte-pente. b. Vérifie que ce dessin respecte la loi des tensions dans un circuit avec dérivations. Skier parallèle ou en dérivation (2) 1.Exprime la loi des intensités dans un circuit avec dérivations, en utilisant I pour la branche principale, It pour la ire branche dérivée et I2 pour la 2e. 2.Dans l'analogie proposée p. 90, l'intensité du courant électrique est représentée par le débit de skieurs. a.À quoi correspondent la branche principale et les branches dérivées ? b. Ce modèle vérifie-t-il la loi des intensités dans un circuit avec dérivations ? 52 Un schéma plus simple qu'il n'y paraît Voici le schéma électrique d'un jouet : Pile 1 Pile 2 Pile 3 1. Dans le cas où les interrupteurs sont dans cette position, peux-tu déterminer si les deux moteurs tournent ? 2. La tension aux bornes de chaque pile vaut 1,5 V. Sachant que les moteurs sont identiques, quelle est la tension aux bornes de chaque moteur? Justifie ta réponse. 3. Dans le cas où K1 et K2 sont positionnés vers le haut, quel moteur tourne ? Quelle est la tension aux bornes de chaque moteur? Quelle est la différence entre ces deux positions ? 53 Notion de résistance d'un conducteur. Réalisons les deux circuits électriques ci-dessous, avec les mêmes composants. Dans le premier intercalons un fil de cuivre, dans le second, une mine de crayon de même longueur et de même section. Dans le premier circuit, la lampe brille normalement. Dans le second, elle brille moins, l'intensité du courant est plus faible. La mine de crayon laisse donc moins facilement passer le courant électrique que le fil de cuivre : on dit qu'elle offre plus de résistance au passage du courant. Les deux conducteurs ayant les mêmes dimensions géométriques, nous attribuerons cette différence de comportement à la nature du matériau : le cuivre conduit mieux le courant que le graphite. 54 Une piste de ski N représente le débit de skieurs sous la banderole et h la dénivellation entre les deux piquets. Un dipôle ohmique I représente l’intensité du courant qui traverse ce dipôle ohmique et U la tension à ses bornes. 1. Dans cette comparaison, à quoi correspond la tension U entre les deux bornes du dipôle ? À quoi correspond l'intensité I du courant qui traverse ce dipôle ? 2. Pour deux pistes ayant la même différence d'altitude, de quoi dépend le nombre de skieurs franchissant chaque minute la ligne d'arrivée ? 3. Recopie le dessin de la piste de ski, puis dessine une autre piste correspondant à un dipôle de résistance plus petite. 4. À quoi peux-tu comparer la résistance d'un dipôle ohmique ? 55 LA RESISTANCE I. Etudions ce composant (montages au bureau). 1. Observation : Il a une forme cylindrique. Sa représentation symbolique est : 2. Comportement dans un circuit. A …………………….. ……………………… B ……………………… A B B A ……………………… A retenir : Associé en ................ avec une lampe, il ...........................l'éclat de la lampe et ....................du courant. Sa place et son sens de branchement dans le circuit ne ...............................................aux observations. Parce qu'il " résiste " au passage du courant, ce composant est appelé résistance ( sa valeur se note R ) II. Déterminons la valeur de différentes résistances. 1°/ Utilisation de l'ohmmètre. Montage pour une mesure : Attention ! la mesure d'une résistance se fait hors R R = .......... Mesurer la valeur de chacune des trois résistances R1 = ................. ; R2 = ..................... ; R3 = ....................... circuit. 2°/ Utilisation du code des couleurs. Compléter les dessins du tableau en reportant les couleurs correspondant à celles des anneaux des résistances R1, R2 et R3. En utilisant le code des couleurs, déterminer les valeurs de R1, R2 et R3 et les comparer aux valeurs mesurées au 1°/. ………………………………………………………………………………………………… …… 56 Déterminer la plage de tolérance dans laquelle se trouve la valeur exacte de chacune des Couleurs Encadrement Valeur () R1 R2 R3 résistances. III. Influence d'une résistance dans un circuit. 1. Influence sur l'intensité. a/ montage Réaliser le montage en plaçant successivement R1, R2 et R3. b/ tableau de mesures. 6 A R ( ) 6 V ; 100 R1 = ............ R2 = .............. R3 = .............. I (A ) c/ Conclusion : Plus la valeur de la résistance …………….., et plus la valeur de l'intensité …………... 2. Influence sur la tension. a) montage - Réalisez le circuit suivant puis mesurez la tension aux 6V A P N - Refaites les mêmes mesures avec R2 puis R3. R - Consignez vos mesures dans le tableau suivant: C B bornes de chacun des dipôles (UPN, UAB et UCD). 6 V ; 100 b) tableau de mesures. UPN UAB UCD UAB + UCD R1 R2 R3 c) Analyse des résultats. Comment varie la tension UPN aux bornes du générateur quand la résistance augmente ? 57 ……………………………………………………………………………………………… Comment varient les tensions UAB aux bornes du résistor et UCD aux bornes de la lampe lorsque la résistance augmente ? …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. Quelle loi retrouve-t-on ? …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. Conclusion. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. 58 59 COMMENT VARIE L' INTENSITE DANS UNE RESISTANCE QUAND ON AUGMENTE LA TENSION APPLIQUEE A SES BORNES ? LA LOI D'OHM 1. Montage. - Complétez le schéma avec les symboles des appareils de mesures. - Tournez le bouton du potentiomètre. P Quelle est la plus grande tension observée ? ........... G Quel calibre choisir ?................................................ R N Quelle est la plus grande intensité observée ? ......... Quel calibre choisir ? ........................................... 2. Tableau de mesures U (V) I (mA) 3. Exploitation des résultats a. Construisez le graphe - en abscisse, l’intensité ; échelle : ...................... représente ...................... - en ordonnée, la tension ; échelle : ..................... représente ....................... N.B. : Chaque couple de points ( I , U ) sera représenté par un signe +. b. Observations Les points obtenus semblent être alignés selon une ........................qui par............................. En partant de l'origine, tracer la droite qui passe le plus près possible de tous les points. c. Interprétation - La tension est .................…………….......... à l’intensité. - Le coefficient de proportionnalité est égal au rapport ....................... - En choisissant 4 points sur la droite, calculer le rapport U/I après avoir converti I en A. U (V) I (A) U/I 60 passe Conclusion : ................................................................................................................................... - Comparons ce rapport à la valeur de la résistance mesurée à l'ohmmètre.. valeur du rapport U/I = ........................ ; valeur de la résistance R = .................... conclusion : ...................................................................................................................................... 4. Enoncé de la loi d’Ohm La tension U aux bornes d' une résistance, ……………….. à l'intensité I du courant qui la parcourt. Le coefficient de proportionnalité représente …………….. U= … … (V) () (A) 61 Nom : Prénom : Classe : Préparation : 10 mn Epreuve : 15 mn Evaluation expérimentale en Physique-Chimie Sujet n°1 Loi d’Ohm Objectif : Tracer la caractéristique intensité-tension d’un conducteur ohmique. Réalisation du montage : - Réalise le montage représenté sur le schéma ci-contre. Règle l’ampèremètre sur le calibre 200 mA. Règle le voltmètre sur le calibre 20 V. Choisis une tension d’alimentation de 6 V. A APPEL V Mesures : - Fais varier la tension du générateur de O à 9 V (utilise les tensions disponibles du générateur). - Pour chaque valeur de la tension d’alimentation, mesure la tension aux bornes de la résistance ainsi que l’intensité du courant qui la traverse. - Complète le tableau suivant (lignes 1 et 2). Tension d’alimentation 0V 3V 4,5 V 6V 7,5 V 9V U (V) I (mA) I (A) Exploitation des mesures : - Convertis en ampère les valeurs de l’intensité (ligne 3 du tableau) : (rappel : 1 A = 1000 mA) trace le graphique représentant l’intensité en abscisse et la tension en ordonnée. Abscisse : 1 cm = 0,02 A Ordonnée : 1 cm = 1 V Questions : 1) Calcul le coefficient directeur de la droite que tu viens de tracer. ………………...……… …………………… 2) Compare cette valeur à la résistance du conducteur ohmique que tu as utilisé dans le montage. ……………...………… …………………………. 3) Déduis-en une relation mathématique entre la tension U aux bornes d’une résistance et l’intensité I du courant qui la traverse 62 NOM : ………………………………… ……………………………… classe : ………………….. prénom : Loi d’Ohm GRILLES D’EVALUATION I) partie expérimentale Réalisation du montage - Branchement de l’ampèremètre. - Choix du calibre de l’ampèremètre. - Branchement du voltmètre. ++ + ++ - Choix du calibre du voltmètre. + - Tension d’alimentation du générateur. + - sens du courant dans le circuit. + - état de l’interrupteur. + Mesures - mesure de la tension. ++ - mesure de l’intensité. ++ Rangement du matériel ++ Note partie expérimentale /15 II) partie théorique - Conversion 1 point - Tracé du graphique 1 point - Questions 3 points Note partie théorique /5 NOTE GLOBALE : ………. /20 63 Intensité Tension Résistance Il y a une relation entre l'intensité du courant qui traverse une "résistance" et la tension qui existe entre les bornes de cette "résistance" Plus l'intensité du courant qui traverse une "résistance" augmente, plus la tension entre les deux bornes de cette "résistance" est grande. (Geoffroy) Mais non, c'est le contraire !!! La tension aux bornes de la "résistance" diminue quand l'intensité du courant qui la traverse augmente ... (Nicolas) Qui a raison ? Geoffroy ou Nicolas ? Justifiez votre réponse en traçant une courbe qui raconte comment varie la tension aux bornes de la "résistance" se trouvant sur votre table quand l'intensité du courant qui la traverse varie. Attention il faut au minimum 6 points pour tracer votre courbe. 64 A vous de trouver : - la démarche expérimentale - le matériel nécessaire. N'oubliez pas de soumettre votre projet à votre professeur avant de le réaliser ! Quand vous aurez terminé vos mesures vous devrez faire un rapport de vos travaux dans lequel : - vous indiquerez pourquoi vous avez choisi de réaliser ces montages ; - vous schématiserez les différents circuits ; - vous consignerez les résultats de vos mesures dans un tableau ; - vous tracerez la courbe demandée ; - vous répondrez à la question posée. Danièle JACOB Collège de Pouilley-les-Vignes Joker 1 Une intensité se mesure avec un ampèremètre. Un ampèremètre mesure un débit de charges électriques. Il doit être traversé par le courant dont on veut mesurer l'intensité. Il se branche donc toujours en série. Joker 3 Le calibred'un ampèremètre est l'intensité maximale qu'il peut mesurer sans être détérioré. Quand on n'a aucune idée sur la valeur de l'intensité mesurée, on choisit le calibre le plus grand. Joker 2 Une tension électrique se mesure avec un voltmètre. Un voltmètre mesure une "différence électrique" entre deux points du circuit. Il doit être relié à ces deux points. Il se branche donc toujours en dérivation. Joker 7 Tracer une courbe représentant comment varie la tension en fonction de l'intensité signifie qu'il faut placer U en ordonnée et I en abscisse. U (Il se choisit par exemple avec le gros bouton central sur les multimètres jaunes) I 65 Sur un graphique on doit indiquer : - les grandeurs mesurées (tension, intensité...) - l'unité de mesure de ces grandeurs (volts, ampères...) Joker 6 Le symbole d'un résistor est : L'unité de résistance est l'ohm () - l'échelle choisie Joker 4 Joker 5 Pour modifier l'intensité du courant traversant un résistor. Réalise les deux montages suivants et mesure l'intensité du courant traversant ces deux circuits. 6V 6V + R1 G - + R1 G - R2 Conclusion : Plus on rajoute de dipôles en série dans un circuit plus l'intensité du courant traversant ce circuit ............................. Pour modifier la tension aux bornes d'un résistor. Réalise les deux montages suivants et mesure la tension entre les bornes des différents dipôles du circuit (générateur, résistors) 6 6 + V + V G G R1 R1 R2 Conclusion : Dans un circuit série la tension fournie par le générateur ...................................................... 66 67
