SérieEC1_TP1_Mesures en Stationnaire_Enoncé

TSI1 Série 1 EC – TP1 : Mesures en Régime Stationnaire
HECKEL - 1/2
Mesures de sécurité
Mesures de sécuritéMesures de sécurité
Mesures de sécurité :
::
:
-
--
- Le câblage doit être effectué HORS TENSION
Le câblage doit être effectué HORS TENSION Le câblage doit être effectué HORS TENSION
Le câblage doit être effectué HORS TENSION
-
--
- M
M M
MISE SOUS TENSION
ISE SOUS TENSIONISE SOUS TENSION
ISE SOUS TENSION APRES
APRESAPRES
APRES VERIFICATION
VERIFICATIONVERIFICATION
VERIFICATION du montage par le professeur
du montage par le professeur du montage par le professeur
du montage par le professeur
-
--
- Toute modification du montage doit être effectué HORS TENSION
Toute modification du montage doit être effectué HORS TENSION Toute modification du montage doit être effectué HORS TENSION
Toute modification du montage doit être effectué HORS TENSION
-
--
- Le décâblage aussi doit évidemment être effectué HO
Le décâblage aussi doit évidemment être effectué HOLe décâblage aussi doit évidemment être effectué HO
Le décâblage aussi doit évidemment être effectué HORS TENSION
RS TENSIONRS TENSION
RS TENSION
Objectif
ObjectifObjectif
Objectifs
ss
s du TP
du TP du TP
du TP :
::
: → Découvrir le matériel disponible au labo de physique
→ Savoir utiliser un multimètre en régime stationnaire
(Voltmètre / Ampèremètre / Ohmmètre)
I)
I) I)
I) Mesure de Tension
Mesure de TensionMesure de Tension
Mesure de Tension :
::
: Le voltmètre
Le voltmètre Le voltmètre
Le voltmètre
On se propose de revoir le fonctionnement du
voltmètre sur le montage très simple proposé ci-contre :
I.A)
I.A) I.A)
I.A) Mesu re de U
Mesu re de UMesu re de U
Mesu re de U 2
22
2
 Reproduire le schéma sur vos feuilles
 Placer le voltmètre, en précisant les bornes
 Sur quelle fonction doit-il être réglé ?
 Mesurer la tension U 2 et noter sa valeur (FAIRE VERIFIER LE MONTAGE AVANT
(FAIRE VERIFIER LE MONTAGE AVANT(FAIRE VERIFIER LE MONTAGE AVANT
(FAIRE VERIFIER LE MONTAGE AVANT)
))
)
 Mesurer également U 1 et vérifier la loi des mailles et les relations du pont diviseur de
tension appliquées aux résistances R 1 et R 2 .
I.B)
I.B) I.B)
I.B) Schéma éq uivalent d u voltmètr e
Sc h é ma équival ent d u voltm ètreSc h é ma équival ent d u voltm ètre
Sc h é ma équival ent d u voltm ètre
 Le voltmètre est en fait équivalent à une résistance, que l’on notera R V
 Proposer une méthode simple permettant de mesurer cette résistance interne
 On propose une autre méthode avec un
montage à base de pont diviseur :
 Si le voltmètre était parfait, quelle serait
la valeur de U ? La mesurer et en
déduire la valeur de R V .
I.C )
I.C )I.C )
I.C ) Perturb ation pa r le voltm ètre
Pe rturb ation pa r le voltm è tre Pe rturb ation pa r le voltm è tre
Pe rturb ation pa r le voltm è tre
 Refaire le premier schéma en remplaçant le voltmètre par son modèle équivalent
 L’introduction du voltmètre dans le circuit modifie-t-elle la valeur de la tension à
mesurer ? Etablir une condition sur R V par rapport à R 1 et R 2 .
II) Mesure de Courant
II) Mesure de CourantII) Mesure de Courant
II) Mesure de Courant :
::
: L’ampèremètre
L’ampèremètre L’ampèremètre
L’ampèremètre
Revoyons maintenant le fonctionnement de l’ampèremètre
sur le même schéma. On souhaite mesurer le courant I.
II.A ) Mesure de I
II.A ) Mesure de III.A ) Mesure de I
II.A ) Mesure de I
 Placer l’ampèremètre, en précisant les bornes
 Sur quelle fonction doit-il être réglé, quel calibre ?
 Mesurer l’intensité I et noter sa valeur (FAIRE VERIFIER LE MONTAGE AVANT)
(FAIRE VERIFIER LE MONTAGE AVANT)(FAIRE VERIFIER LE MONTAGE AVANT)
(FAIRE VERIFIER LE MONTAGE AVANT)
 Quelle est la valeur théorique attendue ? Est-ce cohérent ?
II.B ) Sché ma équ ivalent d e l’ampèremèt re
II.B ) Sché ma équ ivalent d e l’ampèremèt reII.B ) Sché ma équ ivalent d e l’ampèremèt re
II.B ) Sché ma équ ivalent d e l’ampèremèt re
 L’ampèremètre est aussi équivalent à une résistance, que l’on notera R A
 Proposer une méthode simple permettant de mesurer cette résistance interne. Le
faire pour chacun des calibres.
II.C ) Per turba tion par l’ampèrem è tre
II.C ) Per turba tion par l’ampèrem è treII.C ) Per turba tion par l’ampèrem è tre
II.C ) Per turba tion par l’ampèrem è tre
 Refaire le premier schéma en remplaçant l’ampèremètre par son modèle équivalent.
 L’introduction de l’ampèremètre dans le circuit modifie-t-elle la valeur de l’intensité
à mesurer ? Etablir une condition sur R A par rapport à R 1 et R 2 .
II.D) Extension
II.D) ExtensionII.D) Extension
II.D) Extension : Autres mé t hodes d e mesu re
: A u tres méthode s d e m esure: A u tres méthode s d e m esure
: A u tres méthode s d e m esure
 Peut-on appliquer la méthode avec le pont diviseur de tension pour mesurer la
résistance interne de l’ampèremètre ? Comment l’adapter ? Est-ce faisable pour
tous les calibres ?
 Ne pourrait-on pas plutôt utiliser un pont diviseur de courant ? Proposer un montage.
Quel serait la valeur du courant I débité par la source ? Commenter.
III) Mesure de Résistance
III) Mesure de Résistance III) Mesure de Résistance
III) Mesure de Résistance –
––
– L’ohmmètre
L’ohmmètre L’ohmmètre
L’ohmmètre
Intéressons nous maintenant à l’ohmmètre. On souhaite vérifier la valeur réelle d’une
résistance dont le constructeur indique 1kΩ (avec le code des couleurs).
Que stions
Que stionsQue stions
Que stions :
::
:
 Donner le schéma permettant de mesurer cette résistance.
 Préciser les bornes du multimètre à utiliser et leur sens.
 A quoi est équivalent l’ohmmètre ?
 Peut-on placer l’ohmmètre directement sur les schémas précédents où sont présents
les générateurs et les autres résistances. Que mesure-t-on alors ?
Série 1 EC
Série 1 EC Série 1 EC
Série 1 EC
–
––
–
TP
TPTP
TP
1
11
1
:
::
:
Mesures en R
Mesures en RMesures en R
Mesures en R
égime
égime égime
égime
S
SS
S
tationnaire
tationnairetationnaire
tationnaire
R
1
R
2
E
U
2
I
R 1 = 1kΩ / R 2 = 2,2kΩ
E = 10V
R
3
= 1MΩ
E
U
I
V
VV
V
R
1
R
2
E
U
2
I

TSI1 Série 1 EC – TP1 : Mesures en Régime Stationnaire
HECKEL - 2/2
Applications du TP
Applications du TPApplications du TP
Applications du TP :
::
:
(A finir pour la prochaine séance de TD)
1
11
1)
) )
) Fiche de Synthèse
Fiche de SynthèseFiche de Synthèse
Fiche de Synthèse
 FAIRE UNE FICHE DE SYNTHESE des méthodes de mesures vues dans le TP
Rappel de l’objectif d’une telle fiche : Avoir accès facilement et bien lisiblement à
toutes les méthodes qui ont été vues pour pouvoir se les remettre en tête
rapidement au moment de la révision d’un DS ou du concours.
2
22
2)
) )
) Perturbation
Perturbation Perturbation
Perturbation de la mesure par un Voltmètre
de la mesure par un Voltmètrede la mesure par un Voltmètre
de la mesure par un Voltmètre
On souhaite calculer la perturbation engendrée par l’ajout d’un voltmètre
mesurant la tension U dans le circuit électrique ci-dessous.
1. Exprimer la différence de potentiel théorique U dans le circuit sans voltmètre
en fonction de E, R 1 et R 2 , puis faire l’application numérique.
2. Faire le schéma équivalent du montage dans lequel on a rajouté le voltmètre
(en pointillé sur la figure), en remplaçant celui-ci par son schéma équivalent.
On note R V sa résistance interne.
3. Exprimer la différence de potentiel pratique U’ avec le voltmètre en fonction
de E, R 1 , R 2 , et de la résistance interne R V du voltmètre. Faire l’application
numérique dans les cas où R V = 10kΩ, 100kΩ et 1MΩ.
4. Calculer l’erreur de mesure en pourcents provoquée par l’introduction du
voltmètre dans le circuit dans les cas où R V = 10kΩ, 100kΩ et 1MΩ. Résumer
tout ces résultats dans un tableau. Quelle résistance interne est préférable
pour minimiser l’erreur ?
3
33
3)
) )
) Perturbation de la mesure par un Ampèremètre
Perturbation d e la mesure par un AmpèremètrePerturbation d e la mesure par un Ampèremètre
Perturbation d e la mesure par un Ampèremètre
On souhaite cette fois calculer la perturbation engendrée par l’ajout d’un
ampèremètre mesurant l’intensité I du courant dans le circuit électrique ci-dessous
(Sans ampèremètre à gauche / Avec ampèremètre à droite).
1. Exprimer l’intensité théorique I du courant parcourant le circuit sans
ampèremètre en fonction de E, R 1 , et R 2 , puis faire l’application numérique.
2. Faire le schéma équivalent du montage dans lequel on a rajouté
l’ampèremètre (à droite), en remplaçant celui-ci par son schéma équivalent.
On note R A sa résistance interne.
3. Exprimer l’intensité pratique I’ du courant dans le circuit avec l’ampèremètre
en fonction de E, R 1 , R 2 , et de la résistance interne R A de l’ampèremètre. Faire
l’application numérique dans le cas où R A = 10Ω, 1Ω et 0,1Ω.
4. Calculer l’erreur de mesure en pourcents provoquée par l’introduction de
l’ampèremètre dans le circuit dans les cas où R A = 10Ω, 1Ω et 0,1Ω. Résumer
tout ces résultats dans un tableau. Quelle résistance interne est préférable
pour minimiser l’erreur ?
On rappelle la formule permettant de calculer une erreur de mesure en pourcents,
par rapport à la valeur théorique attendue :
%
100%
mes th
th
X X
eX− = ×
R
1
= 1kΩ
R
2
=
4kΩ
E =
10V
V
U U’
R
1
=
22
Ω
R
2
=
28
Ω
E =
10V
I
R
1
=
22
Ω
R
2
=
28
Ω
E =
10V
I’
A