RC - La physique à l`ENSCR

Figure 1 - Source réelle de tension
TP sources électriques
Objectif :Objectif : étudier différents dipôles actifs linéaires ou non linéaires.
Les mots générateur et source seront considérés comme des synonymes.
1 Source dipolaire linéaire
1.1 Méthode de mesure de la demie-tension
1.1.1 Source réelle de tension
Un dipôle générateur à caractéristique
linéaire peut toujours être représenté par
un générateur idéal de tension (sa fem
ou force électromotrice) en série avec une
résistance (résistance "interne"). La
méthode de la demie-tension propose de
mesurer la résistance interne du
générateur.
D’après la schéma ci-contre, la tension
aux bornes du générateur lorsqu’il débite
un courant d’intensité dans une
résistance de charge a pour expression
:
Le diviseur de tension sert à établir cette expression.
1.1.2 Manipulation
1. Mesurer avec le multimètre MX553 réglé en voltmètre (calibre ,
) ; c’est à dire sans ( débranchée). Donner
l’incertitude avec un intervalle de confiance à 95% sur cette mesure.
2. Réaliser le montage de la figure 1 en utilisant un voltmètre pour mesurer la
tension (utiliser un fil noir lorsqu’il y a relation à la masse).
Appelez le professeur pour vérification Appelez le professeur pour vérification
3. Mesure de Mesure de
E
0
R
0
U
I
R
C
U= =
R
C
+
R
C
R
0
E
0
E
0
1 +
R
0
R
C
(1)
♠
E
0
50 V
= 0.1% + 2 digits
Δ
c
R
C
R
C
U
⟹
R
0

Régler (qui est une série de boîtes de résistance AOIP voir figure 2)
jusqu’à obtenir sur le voltmètre ; on a alors .En prenant
pour tolérance constructeur des résistances AOIP un , déterminer
l’incertitude sur la détermination de (donc de ).
Remarque : est réglée grâce à une série de boîte AOIP variable
.
Figure 2 - Série de trois boîtes AOIP
1.1.3 Influence du voltmètre
Discuter de l’influence du voltmètre sur le circuit et donc de la fiabilité des
mesures effectuées par ce voltmètre sachant que le voltmètre est vu par le reste
du circuit comme une très grosse résistance ( ). En effet,
NB : Ceci est aussi valable pour un oscilloscope qui est un voltmètre.
Remarque :Remarque : on rappelle que deux résistances et mises en parallèle sont
équivalentes à une résistance équivalente vérifiant la relation suivante :
1.2 Caractéristique d’une source réelle linéaire
1.2.1 Définition de la caractéristique d’un dipôle
La caractéristique tension-courant d’un dipôle électrique est la fonction
avec la tension aux bornes du dipôle et le courant qui le traverse.
1.2.2 Manipulation
On utilisera le boîtier noir et gris, entre les bornes jaune et noire. Pour obtenir la
caractéristique d’une source, on effectue le montage ci-contre. On mesure
différents couples ( , ) pour différentes valeurs de .
I est mesurée avec un multimètre UNI-T réglé en ampèremètre (entrée "mA",
calibre ).
♠
R
C
U=
E
0
2
=
R
0
R
C
= 0.2%
Δ
c
R
C
R
0
R
C
×100 ; ×10 ; ×1Ω
♠
R
V
>> ,
R
V
R
0
R
C
≃1 à 10 MΩ
R
V
R
1
R
2
= +
1
R
eq
1
R
1
1
R
2
(2)
U=f(I)
U
I
I
U
R
C
200 mA

Figure 3 - Montage permettant
d'obtenir la caractéristique
de la source
est mesurée avec le multimètre
MX553 réglé en voltmètre (calibre
: mesure une tension maximale
de ).
Réaliser le montage de la figure 3.
Appelez le professeur pourAppelez le professeur pour
vérificationvérification
Remplir un tableau de mesures (sur
Régressi) rassemblant les valeurs de ,
et , pour des valeurs allant de
jusqu’à . Choisir des
valeurs de pour avoir une belle et complète caractéristique ...
Après ces mesures, ne pas laisser à une valeur inférieure à (sinon, la
pile dans le boitier s’épuise).
1.2.3 Graphe
1. Dans le logiciel Regressi, entrer les mesures ainsi que leurs incertitudes
(Onglet variablevariable puis incertitudesincertitudes) ; double cliquer sur les colonnes (dans
les options du logiciel il faut coher le calcul d'incertitude avec la variance)
puis entrer les formules adéquates (incertitude à 68%) dans la ligne
incertitudeincertitude).
la tolérance constructeur pour les résistances est de ;
la tolérance constructeur pour l’intensité est donnée par ;
la tolérance constructeur pour la tension est donnée par .
2. Tracer la caractéristique de ce boîtier : vous choisirez la
représentation d’ellipses d’incertitude à 95% ;
3. Modéliser la courbe obtenue à l’aide du modèle prédéfini adéquat.
4. Dans la fenêtre de modélisation, cliquer droitcliquer droit puis choisir options deoptions de
modélisationmodélisation, et dans l’onglet calculs cocher Méthode des ellipses Méthode des ellipses
(chi2)(chi2).
Relever les valeurs de la pente, de l’ordonnée à l’origine, de leurs
incertitudes.
5. Commenter l’allure du graphe obtenu, la position des différents points et
leur barre d’incertitude.
6. Sachant que la théorie donne, pour une source linéaire, ,
en déduire des valeurs pour et ainsi que leurs incertitudes. Comparer
ces valeurs à celles trouvées au paragraphe 1.1.2 (utiliser les incertitudes).
7. L’intersection de la droite de régression et l’abscisse donne le courant de
court-circuit (pour sur le graphe).
Que représente ce courant de court-circuit ? A quoi sert-il (sécurité ...) ?
Déterminer à l’aide du réticule.
1.2.4 Graphe
1. Dans le logiciel Regressi, rajouter une colonne grandeur puis calculer la
puissance ;
U=f(I)
U
50 V
50 V
⟹
♠
I
U
R
C
=∞
R
C
= 5 ou 10 Ω
R
C
R
C
R
C
500 Ω
U=f(I)
σ
0.2%
1.5% + 1 digit
0.1% + 2 digits
U=f(I)
χ
2
♠
♠
♠
U=− × I
E
0
R
0
E
0
R
0
I
CC
U= 0
♠
♠
I
CC
P=f( )
R
C
P=U×I

2. Tracer la courbe de la puissance en fonction de la résistance de charge
;
Remarque : régler les paramètres d’affichage de Regressi (zoom ou échelle
manuelle) pour observer correctement la courbe.
3. En déduire la puissance maximale et la résistance correspondante en
utilisant le réticule.
Remarque : au besoin, reprendre des points de mesures de et au
voisinage de .
4. Comparer à (calculer un pourcentage d’écart). Conclure.
Ne pas oublier de déposer le fichier contenant vos captures d'écrans Ne pas oublier de déposer le fichier contenant vos captures d'écrans
sur le site des TPsur le site des TP
P
R
C
♠
R
C
U
I
R
0
♠
R
0
♠

2 Panneau solaire
1. Relier deux fils aux bornes du panneau solaire, placer le tube en carton au
dessus de celui-ci puis la lampe de bureau à l’autre extrémité du tube.
2. Pourquoi utilise-t-on ce tube de carton ?
3. Avec la même procédure que celle du paragraphe 1.2.2 (même montage
électrique), remplir un tableau de mesures faisant figurer , , et et
tracer la caractéristique du panneau solaire. On ne s’occupera pas
d’incertitudes ici.
Attention : les valeurs mesurées doivent êtres pertinentes (points bien
répartis) .
4. Sous Regressi, faire un lissage de la courbe : pour réaliser le
lissage, cliquercliquer sur Coordonnées du graphiqueCoordonnées du graphique , dans les options deoptions de
représentationreprésentation, cocher ligneligne puis sélectionner lissagesélectionner lissage (laisser le
paramètre à 3) ;
5. Rajouter une ligne au tableau précédent permettant de calculer la puissance
;
6. Tracer sous Regressi la courbe de la puissance en fonction de la résistance
de charge ;
7. En déduire, à l’aide du réticule, la puissance maximale que peut délivrer le
panneau solaire (inutile d’imprimer le graphiqueinutile d’imprimer le graphique).
Remarque :Remarque : reprendre des points de mesure si nécessaire.
8. Essayer de faire briller l’ampoule et la diode électroluminescente (LED) du
boîtier mis à votre disposition à l’aide de cette "pile" solaire. Ecrire vos
observations.
9. Qu’est-ce que la puissance nominale d’une LED ou d’une ampoule ?
(formule de calcul, signification).
10. Sachant que les caractéristiques nominales de la LED sont ( ; )
et que l’on peut obtenir celle de l’ampoule sur son culot; expliquez vos
observations.
Ne pas oublier de déposer votre fichier contenant vos captures d'écran Ne pas oublier de déposer votre fichier contenant vos captures d'écran
sur le site des TPsur le site des TP
♠
♠
U
I
R
C
P
U=f(I)
♠
U=f(I)
P=U×I
P
R
C
♠
♠
♠
♠
2, 5 V
20 mA
♠