circuit v -b

Rappel : Préparation pour l ’examen de laboratoire
Labo 1 : Initiation aux circuits
- Monter et schématiser quelques circuits électriques.
- Observer le comportement du filament métallique d’une ampoule
électrique en fonction des variations du courant électrique.
- Utiliser adéquatement un multimètre numérique.
- Évaluer l’incertitude sur la lecture à l’aide du multimètre.
–
+
S
Courant dans l’ampoule
i 1=
i 1=
Verte
-
+
–
A
+
±
mA±
mA
%
a
+
Chapitre 6 , 6.1
1
Labo 2 : Étude de la résistance électrique
Étude de la résistance électrique, de son effet sur l’intensité du courant et
sur la puissance électrique fournie à un élément
Buts
•
Mesurer correctement une résistance au carbone par 3 méthodes
différentes.
•
Vérifier la loi d’Ohm dans le cas d’une résistance au carbone et
d’une ampoule.
•
Vérifier les lois d’association de résistances branchées en série
et en parallèle.
•
Mesurer la tension aux bornes de résistances ainsi que l’intensité du
courant qui les traverse.
•
Calculer la puissance dissipée en chaleur.
2
3 méthodes
Le codes des couleurs
L’ohmmètre numérique
S
–
Mesure de V et I
+
+
–
A
ε
i
R
–
+
∆V
–
V
+
3
Rappel : Préparation pour l ’examen de laboratoire
Labo : Étude de la résistance
Calculer correctement une résistance et vérifier les lois d’association
∆V
I
v
v
v
E
Puisque dans le fil,
∆V = EL
C’est le champ électrique qui
pousse les charges libres
dans le fil
I
En appliquant une différence
de potentiel, on sait
expérience que I sera donné
par
∆V
I=
R
Chapitre 6, Sections 6.1 et 6.2
4
Rappel : Préparation pour l ’examen de laboratoire
∆V
q
I
q
v
v
v
q
+
∆V
I=
R
•
I
∆q
I=
∆t
∆V
∆U = q∆V
En chaque
point
La différence de potentiel de la pile fournit de l’énergie électrique aux
charges électriques. Ces charges perdent cette l’énergie électrique en
parcourant le circuit jusqu’à leur retour la borne négative de la pile. En
parcourant le circuit, les charges transmettent cette énergie aux différents
éléments du circuit.
Chapitre 6, Section 6.3
5
Rappel : Préparation pour l ’examen de laboratoire
Résistance
L
I
I
Comme nous l’avons vu, l’expérience montre que
l’intensité du courant I dans un élément dépend de
deux facteurs : ∆V et R . On peut écrire
On peut alors définir la résistance d’un élément par la
relation suivante :
Résistance au carbone
R=
∆V
I=
R
∆V
R=
I
∆V
6,0
=
= 4,70 kΩ
-3
1,28 ×10
I
6
Rappel : Préparation pour l ’examen de laboratoire
Chapitre 6, section 6.4 Loi d’Ohm
Pour un conducteur ohmique la
résistance demeure constante
Si la température reste constante
∆V
R=
= constante
I
I
I
∆V
∆V
Ohmique
Semi-conducteur
7
Rappel : Préparation pour l ’examen de laboratoire
Chapitre 7, section 7.2
En série :
R1
R2
R3
On peut montrer que la résistance équivalente Réq de résistances placées
en série est la somme des résistances.
Réq = R1 + R2 + R3 + ⋅⋅⋅
En parallèle
R1
On peut montrer que la résistance équivalente Réq
de résistances placées en parallèle obéit à la relation
suivante :
R2
R3
1 = 1 + 1 + 1 + ⋅⋅⋅
Réq R1 R2 R3
8
Rappel : Préparation pour l ’examen de laboratoire
Chapitre 6, section 6.5 Puissance électrique
L
I
Puissance électrique
dissipée en chaleur
∆V
I=
R
I
∆V 2
P=
= RI 2
R
W
Quelle est la résistance d’une ampoule de 100 W, un grille-pain de
1000W et un chauffe-eau de 5000 W lorsque ∆V = 120 V?
9
Rappel : Préparation pour l ’examen de laboratoire
Chapitre 6 : section 6.5
Puissance électrique
dissipée en chaleur
∆V 2
P=
= RI 2
R
W
∆V
I=
R
Quelle est la résistance d’une ampoule de 100 W, un grille-pain de
1000W et un chauffe-eau de 5000 W lorsque ∆V= 120 ?
2
(
120
)
2
R=
= 14,4 Ω
∆V 2
R=
P
Ω R = (120)
100
= 144 Ω
1000
(120) 2
R=
= 2,88 Ω
5000
10
Rappel : Préparation pour l ’examen de laboratoire
Chapitre 6 , section 6.5
déterminer l’expression de la quantité d’énergie
transformée en chaleur par effet Joule dans un conducteur
ou dans un appareil ainsi que le coût d’utilisation
Énergie
U = P∆t ⇒
kWh
Coût d’utilisation 0,08$/kWh
Quel est le coût pour utiliser une ampoule de 100 W, un grille-pain de
1000W et un chauffe-eau de 5000 W pendant une heure ?
U = 100W × 1h = 0,1kWh
U = 1000W × 1h = 1kWh
U = 5000W × 1h = 5kWh
0,008 $
Hydro-Québec
0,08 $
0,40 $
11
Rappel : Préparation pour l ’examen de laboratoire
Labo 3: Résistivité
Chapitre 6 sections 6,2, 6.3 et 6.6
L
I
I
A
vd
On obtient
Relation entre I et vd
vitesse moyenne de dérive
∆Q neLA
=
= nevd A
I=
∆t L / vd
Densité de courant
J = I /A
(Ampère)
A/m2
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Labo 3, Résistivité électrique
L
I
I
vd
∆V = EL
vitesse moyenne de dérive
En combinant ces équations, on obtient:
∆V
EL
=
R=
I
nevd A
donc
R=
De plus, la
vitesse
m
ne 2 ∆t moy
L
L
=ρ
A
A
eE
vd =
∆t moy
m
L
R=ρ
A
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Résistivité électrique
Partant
L
A
I
v
v
v
I
∆V=
EL
I α vd
∆V
EL
=
R=
I
nevd A
eE
Vitesse
vd =
∆t moy
m
En combinant de nouveau ces équations,
on obtient:
R=
m
ne 2 ∆t moy
L
L
=ρ
A
A
L
R=ρ
A
Où ρ représente la résistivité électrique du matériau en Ωm.
Résistance
au carbone :
RA 4,7 × 103 × 0,01× 10 −4
=
= 0,47Ωm
ρ=
L
0,01
On peut montrer que la résistivité des métaux augmente
avec la température.
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Résistivité électrique
Partant de
L
A
I
v
v
v
I
∆V=
EL
I α vd
I = JA
En combinant de nouveau ces équations,
on obtient une relation entre le champ
électrique et la densité de courant :
∆V = EL =
ρL
A
I
∆V = RI
L
R=ρ
A
E = ρJ
C‘est la relation entre le champ électrique et la densité de courant
Où ρ représente la résistivité électrique du matériau en Ωm.
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