TP Electricité

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Université Mouloud Mammeri Tizi-Ouzou
Faculté des Sciences
Travaux Pratiques d’Électricité
1
re
année LMD ST-SM
Liste des TP :
1- Rappels sur le calcul d’incertitude et utilisation de l’ampèremètre et du voltmètre
2- Mouvement d’un électron dans un champ électrique constant. Oscilloscope.
3- Ligne de champ et surface équipotentielle.
4- Conductivité de certains matériaux et résistance non ohmique.
Déroulement des Séances :
La durée d’une séance est de 3 heures : de 8h30 à 11h30 la matinée et de 13h00 à 16h00 l’après-
midi. Aucun étudiant n’est accepté au delà de 15 minutes du début de la séance. Le travail se fait en bi-
nôme et le compte-rendu doit être remis à la fin de la séance. La note est individuelle, l’enseignant pou-
vant attribuer des notes différentes aux étudiants selon leurs comportements, leurs réponses aux ques-
tions et leurs contributions au TP.
Il est impératif que l’étudiant prépare le TP avant la séance. L’expérience de plusieurs années
d’enseignement nous a montré que pour une meilleure compréhension, l’étudiant doit préparer le TP
avant d’arriver en salle. Le rôle de l’enseignant chargé de TP est de guider l’étudiant et de répondre à cer-
taines questions, il n’est pas sensé faire un cours complet notamment sur les développements théoriques.
De plus, certaines données numériques et les méthodes à utiliser sont indiquées ici pour chaque chapitre.
L’étudiant doit se munir de tout le matériel pédagogique nécessaire : crayon, stylo, gomme, règles,
calculatrice et quelques feuilles millimétrées.
L’étudiant est appelé à préserver le matériel mis à sa disposition, le ranger, nettoyer la table et ran-
ger les chaises à la fin de la séance. Ceci est une marque de civisme appréciée.
ATTENTION :
 En cas d’utilisation de matériel électrique, l’étudiant doit appeler l’enseignant qui doit vérifier le
circuit avant la mise sous tension.
 Toute absence non justifiée est sanctionnée par un zéro. Le justificatif (certificat médical) doit
être fournit dans la semaine qui suit la séance manquée. Dépassé ce délai, aucun justificatif n’est accepté.
Il doit être remis à l’enseignant responsable qui fixera la date du rattrapage en fonction de la disponibilité
des places.

2
TP no 1 : RAPPELS SUR LE CALCUL D’INCERTITUDE ET UTILISATION
DE L’AMPÈREMÈTRE ET DU VOLTMÈTRE.
But :
Découverte d’une partie du matériel électrique à utiliser dans les TP (ampèremètre, voltmètre, résistances,
boite de connexion,…).
Utilisation de l’ampèremètre et du voltmètre analogiques :
Les ampèremètres et les voltmètres dont nous disposons sont analogiques, formés d’un galvanomètre (mil-
liampèremètre) magnéto-électrique et de résistances internes qui permettent le changement de calibre de mesure
(figure 1). Un cadran gradué avec deux échelles (0 à 100 et 0 à 30) nous facilite la lecture et un commutateur permet
le réglage du calibre et le type de courant (continu ou alternatif).
Les résistances internes ݎ
௜
sont relativement de faibles valeurs dans le cas de l’ampèremètre (idéalement
nulle) et elles sont de grandes valeurs dans le cas des voltmetres (infinie idéalement). Leurs valeurs dépendent du
calibre utilisé :
- pour l’ampèremètre, elles sont fournies par le constructeur sur sa notice d’utilisation ;
- pour le voltmètre, un nombre en ݇Ω/V indiqué sur le cadran nous permet de les calculer en le multi-
pliant par le calibre.
Commutateur
de calibre
G
ݎ
௚
ܴ
௖௔௟௜௕௥௘
Ampèremètre
G
ݎ
௚
ܴ
௖௔௟௜௕௥௘
Commutateur
de calibre
Voltmètre
Schéma équivalent de
l’ampèremètre réel
ݎ
௜
A
ideal
Schéma équivalent du
voltmètre réel
ݎ
௜
V
ideal
V
Symbole d’un voltmètre réel
A
Symbole d’un ampèremètre réel
Figure 1 : Schémas de base simplifiés d’un ampèremètre et d’un voltmètre.
ݎ
௚
est la résistance due à la bobine du gal-
vanomètre et
ܴ
௖௔௟௜௕௥௘
sont des résistances introduites pour permettre des mesures sur plusieurs calibres (ou gammes).
L’association de ces résistances donne naissance à la résistance interne
ݎ
௜
.

3
Procédure pour effectuer une mesure :
1- Branchement : Un ampèremètre se branche toujours en série ;
Le voltmètre se branche toujours en parallèle. (Voir Figure 2)
2- Choix du calibre : On commence par le calibre le plus élevé, puis on le diminue jusqu'à obtenir la plus
grande déviation de l’aiguille sans toutefois sortir de l’échelle. Le calibre adéquat est celui qui est immédiatement
supérieur à la valeur mesurée (figure 3).
3- Lire la mesure : Pour lire la valeur ܺ de la mesure, la procédure est la même que ce soit un ampèremètre
(une intensité) ou un voltmètre (une tension ou une d.d.p) :
ܺ=ܮ݁ܿݐݑݎ݁ × ܥ݈ܾܽ݅ݎ݁
éܿℎ݈݈݁݁
L’échelle est ici égale à 100 ou à 30. Pour simplifier les calculs :
- on prend l’échelle 100 pour les calibres de fraction ou de multiple de 10 (les calibres 0.1 , 1 , 10 ,100 ,…etc.) ;
- on prend l’échelle 30 pour les calibres de fraction ou multiple de 3 (les calibres 0.3 , 3, 30,…etc.).
4- Estimation des incertitudes dans les mesures électriques : L’incertitude est fournie par le constructeur à
travers la classe de l’appareil : c’est un nombre qui en indique la précision, plus il est petit meilleure est la précision
de cet appareil. L’incertitude absolue dépend du calibre utilisé pour la mesure, elle est donnée par
∆ܺ=ܥ݈ܽݏݏ݁ × ܥ݈ܾܽ݅ݎ݁
100 .
ܴ
ଵ
ܧ
ܴ
ଶ
V
ܴ
ଵ
ܧ
ܴ
ଶ
ܷ
ଶ
com
+
ܴ
ଵ
ܧ
ܴ
ଶ
A
com
+
ܫ
Exemple d’un circuit
à étudier
Branchement en sé
rie
Branchement en parallèle
Figure 2 : Pour mesurer l’intensité du courant qui traverse une branche, il faut la couper et insérer l’ampèremètre, c’est
le branchement en série. Pour mesurer la tension aux bornes de la résistance, il suffit de brancher les bornes du volt-
mètre à celles de la résistance : c’est le branchement en parallèle.
100
0
0
30
68
10V
30V
Figure 3 : Deux exemples de mesure avec un voltmètre et avec deux calibres. La procédure est identique avec un am-
pèremètre. La classe de l’appareil est de
2
.
5
.
Calibre = 10 V
⟹
échelle = 100
Lecture sur l’échelle = 68
ܷ=68× ଵ଴
ଵ଴଴ =68×0.10=6.80V,
∆ܷ=ଶ.ହ×ଵ଴
ଵ଴଴ =0.25ܸ,
Et le résultat est donné sous la forme :
ܷ
=
6
.
80
±
0
.
25
V
Calibre = 30 V
⟹
échelle = 30
Lecture sur l’échelle = 11
ܷ=11×ଷ଴
ଷ଴ =11×1.00=11.00V,
∆ܷ=ଶ.ହ×ଷ଴
ଵ଴଴ =0.75ܸ,
Et le résultat est donné sous la forme :
ܷ
=
11
.
00
±
0
.
75
V
100
0
0
30
11

4
Expérience :
La première et la deuxième manipulation consistent à effectuer quelques montages simples composés d’un
générateur et de deux résistances. Dans les montages des circuits 1 et 2, les résistances R
1
et R
2
sont respectivement
en série et en parallèle. Le but de ces deux manipulations est principalement la prise en mains de ces appareils de
mesure, ainsi que de constater quelques effets indésirables qui sont dus à leurs résistances internes. On déduira
aussi, par ces mesures simples quelques lois fondamentales de l’électrocinétique, à savoir les lois de Kirchhoff (ou loi
des nœuds et loi des mailles).
Dans la troisième manipulation, on demande de construire la courbe caractéristique d’un conducteur oh-
mique, c'est-à-dire la relation entre l’intensité du courant qui le traverse et la d.d.p. à ses bornes.
Remarque : Tension = Différence de potentiel = d.d.p.
TP no 2 : MOUVEMENT D’UN ÉLECTRON DANS UN CHAMP ÉLECTRIQUE CONSTANT. OSCILLOSCOPE.
But :
Décrire le mouvement d’une charge électrique dans un champ constant. Principe de fonctionnement de
l’oscilloscope.
Mouvement d’un électron dans un champ constant :
Une charge électrique ݍ soumise à un champ électrique ܧ
ሬ
Ԧ
subit une force de coulomb donnée par ݍܧ
ሬ
Ԧ
. Dans
notre cas la charge est l’électron, de masse ݉ et de charge –݁, soumis à un champ électrique constant créé en ap-
pliquant une différence de potentiel ܷ entre deux armatures (plaques) de longueur ݈ séparées d’une distance ܽ. Ces
électrons sont crées par un filament chauffé, puis accélérées par une d.d.p. (canon à électrons). À l’entrée de la zone
du champ, les électrons ont une vitesse initiale ݒ
଴
dans la direction ܱݔ. Pour les détecter, on entrepose un écran
fluorescent à la sortie des armatures (figure 1).
En appliquant la deuxième loi de Newton et en négligeant la force de gravitation, on montre que l’électron est
dévié à la sortie des armatures d’une distance ℎ donnée par :
ℎ= ݈
ଶ
݁
2݉ݒ
଴ଶ
ܧ.
La valeur du champ pour cette configuration (deux plaques parallèles) est approximativement ܧ=ܷ/ܽ.
Principe de l’oscilloscope :
L’oscilloscope fonctionne selon le même principe décrit plus haut. Un faisceau électronique traverse maintenant
deux paires de plaques : en plus des plaques horizontales maintenues à une différence de potentiel ܷ (tension à
R
2
I
I
1
I
2
R
1
E
V
R
A
U
I
E
Circuit no 1 Circuit no 3 Circuit no 2
E
U
2
R
2
R
1
U
1

5
mesurer), deux armatures verticales sont portées à une différence de potentiel périodique en dent de scie qui cons-
titue la base de temps de l’oscilloscope. Cette période est réglable par un simple commutateur.
Détermination des caractéristiques d’un signal périodique : A l’aide d’un oscilloscope, on peut visualiser un si-
gnal et étudier ses caractéristiques : sa forme, son amplitude, sa fréquence,…etc (figure 2). Ses principales fonction-
nalités sont :
- La base de temps : Permet de choisir l’échelle de temps pour une meilleure lecture du signal. Le commutateur
associé est gradué en temps/division. Par exemple, pour visualiser un signal de fréquence 50 Hz, donc de période
20ms, le choix du calibre 2ms/div nous permet de tracer une période sur 10 divisions, donc la totalité de l’écran.
Ce commutateur permet aussi de passer en mode XY qui est l’affichage de la fonction CH1(CH2) (la voie 1 sur
l’axe vertical et la voie 2 sur l’axe horizontal).
- Calibre vertical : Gradué en V/div, il permet de calibrer l’axe vertical des tensions.
- Filtre d’entrée : En position DC, le signal reçu est affiché intégralement ; en position AC, la composante continue
du signal est supprimée et en position GND, une tension nulle est imposée à l’entrée (elle permet le réglage ini-
tial).
- Mode d’affichage : Permet de sélectionner le signal à afficher : CH1 pour la voie 1, CH2 pour la voie 2, DUAL pour
visualiser les deux voies simultanément et ADD affiche la somme des deux voies. Sur certains oscilloscopes, on
peut trouver un mode supplémentaire SUB qui affiche la différence (CH1–CH2). Si cette option n’existe pas, elle
est remplacée par un bouton d’inversion INV qui affiche (–CH2) combiné avec l’option ADD.
Expérience :
Le but de cette manipulation est la prise en mains de l’oscilloscope. Construire le circuit de la figure 3. Appliquer une
tension alternative de 5V. Pour avoir un bon affichage, il faut visualiser sur l’écran une à deux périodes du signal avec
une amplitude qui occupe une bonne partie de l’écran sans toutefois en déborder. On rappel que : ݁=1.60×
10
ିଵଽ
C et ݉=9.11×10
ିଷଵ
kg .
Le déphasage entre deux signaux de même période est le retard en temps de l’un par rapport à l’autre. Il est donné
généralement en terme d’angle ∆߮=2ߨ ∆ݐ/ܶ (voir figure 2).
R
2
U
2
E U
1
R
1
OSCILLO
CH2
CH
1
Figure 3
A
A
cc
T
Figure 2 : Paramètres liés à une grandeur sinusoidale :
A = amplitude ; A
cc
= amplitude crête-a-crête ; T = période
F = 1/T = fréquence,
∆
ݐ
est le déphasage en temps
ܫ
∆
ݐ
݈
ܽ
ܷ
ܧ
ሬ
Ԧ
Canon à électrons
Faisceau d’électrons
Écran fluorescent
Tache initiale
Tache avec la d.d.p.
ℎ
Figure 1 : schéma simplifié de l’expérience