Dossier - Infomars.fr

Sciences physiques
C.F.A du bâtiment
Stage n°
Ermont
1
Activité 1 : quelques questions préliminaires :
1) Quelle distinction faites-vous entre les 2 groupes de matières suivantes :
Groupe 1 :
Groupe 2 :
Verre
Plastique
Bois sec
Eau distillée
Air
Béton
Cuivre
Acier
Mercure
Etain
Laiton
Eau salée
2) Quel est l’effet inévitable du courant électrique quand il circule dans un circuit ?
3) Quels types d’appareils électriques appelle-t-on des résistances (à quoi servent-elles)?
Donnez-en quelques exemples:
4) D’après-vous, pour fabriquer des résistances électriques, utilise-t-on plutôt des matières
du groupe 1 ou des matières du groupe 2 ? Pourquoi ?
2
Activité 2 :
En vous aidant des documents, répondez aux questions de la page suivante :
Document 1 :
Document 3 :
La résistance est la capacité d’une matière conductrice à
s’opposer au passage du courant.
Une expérience de mesures de
résistances a été réalisée : elle
consiste à mesurer la résistance de
différents fils conducteurs de mêmes
dimensions (longueur et section) mais
fabriqués avec des métaux ou alliages
différents.
L’inverse de la résistance, c’est la conductance.
Un bon conducteur aura tendance à avoir une petite
résistance, alors qu’un mauvais conducteur aura plutôt
une grande résistance.
Si un matériau est isolant, on ne parle plus de résistance (il
faudrait dire qu’elle est infinie et que donc le courant ne
passe plus du tout).
Les résultats sont regroupés dans le
tableau suivant :
Argent
Résistances
mesurées
(en Ohms)
1,6
Cuivre
1,7
Métaux ou
alliages utilisés
Document 2 :



Or
2,4
Plus un fil conducteur est long, plus sa résistance est
grande (plus précisément, c’est proportionnel).
Aluminium
2,7
Nickel
7
Plus l’aire de la section d’un fil conducteur est grande,
plus sa résistance est petite.
Fer
10
La résistance du fil dépend aussi du matériau utilisé
pour le fabriquer.
Chrome
12,9
Plomb
21
Nichrome
100
Document 4 :
Document 5 :
Les métaux sont tous conducteurs mais certains le sont
plus que d’autres…
Le passage du courant électrique
dans un conducteur provoque une
perte inévitable d‘énergie sous forme
de chaleur.
Parmi les meilleurs conducteurs, citons l’argent, le cuivre,
l’or et l’aluminium.
Par contre, le fer et le plomb sont de bien moins bons
conducteurs.
Cette énergie consommée est
d’autant plus grande que la
résistance du conducteur est grande.
On réalise aujourd’hui des alliages métalliques qui ont
résistances supérieures aux métaux qui les constituent :
citons le nichrome (nickel + chrome + un peu de fer) par
exemple.
3
1) Si l’on veut fabriquer un fil électrique, on veut la plupart du temps limiter l’échauffement (et
donc les pertes et les risques) :
Que faut-il faire ? (cocher les bonnes réponses)
Choisir un matériau ayant tendance à avoir une grande résistance.
Choisir un matériau ayant tendance à avoir une petite résistance.
Choisir plutôt du cuivre.
Choisir plutôt du nichrome.
Choisir une grosse section de fil.
Choisir une petite section de fil.
Prendre la plus petite longueur de fil nécessaire.
Ne pas prendre la longueur minimale de fil.
2) Si l’on veut fabriquer élément chauffant (électrique), on veut la plupart du temps favoriser
l’échauffement
Que faut-il faire ? (cocher les bonnes réponses)
Choisir un matériau ayant tendance à avoir une grande résistance.
Choisir un matériau ayant tendance à avoir une petite résistance.
Choisir plutôt du cuivre.
Choisir plutôt du nichrome.
Choisir une grosse section de fil.
Choisir une petite section de fil.
Prendre la plus petite longueur de fil nécessaire.
Ne pas prendre la longueur minimale de fil.
Conclusion :
Je ne veux pas que le courant passe :

…………………………………………………………………………………………………………..
Je veux que le courant passe et limiter l’échauffement :

…………………………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………………………..
Je veux que le courant passe et favoriser l’échauffement :

…………………………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………………………..
4
On retrouve ses principales caractéristiques dans le tableau suivant :
Grandeur
Symbole de la
grandeur
Unité
Symbole de l’unité
Résistance
R
Ohm
Ω
Pour les calculs, on dispose de la loi d’Ohm :
U=RxI
avec:
U en Volt (V)
R en Ohm (Ω)
I en Ampère (A)
A l’inverse :


pour calculer l’intensité I à partir de la tension U et de la résistance R, on utilise : I = U / R.
ou encore
pour calculer la résistance R à partir de la tension U et de l’intensité I, on utilise : R = U / I.
Pour mesurer la résistance R (en Ohm) d’un récepteur (ou d’un câble,
ou même d’une portion de circuit), on utilise un Ohm-mètre : on
commence par débrancher le récepteur (ou la portion de circuit) puis
on se branche en dérivation à ses 2 bornes.
Ω
De plus :
Le mot résistance peut aussi désigner :
la partie qui sert à chauffer d’un appareil électrique (four, cafetière,…) : si R augmente, la chaleur
dégagée augmente aussi .
ou bien encore
des petits composants électroniques dont le rôle est de limiter l’intensité dans le circuit : si R
augmente, I diminue .
Le mot résistor désigne un appareil (ou composant) électrique pour lequel R reste toujours constante ; on a vu
que toutes les résistances ne sont pas nécessairement des résistors (ex : les ampoules).
Pour la conduction électrique, on cherche à diminuer la résistance R des câbles.
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Activité 3 :
1) Réalisons le montage électrique suivant :





-
+
Matériel :
1 Générateur de courant continu, réglable
sur 6V, 12V et 24V,
1 résistor ,
1 interrupteur,
2 multimètres,
des fils conducteurs.
R
A
V
2) Mesures des intensités et tensions en fonctionnement :
Tous nos résultats de mesures seront inscrits dans le tableau ci-dessous.
On règle la tension aux bornes du générateur à 6V.
Vérifier la valeur de la tension U aux bornes du résistor et mesurer la valeur de l’intensité
I qui le traverse.
On règle la tension aux bornes du générateur à 12V.
Vérifier la valeur de la tension U aux bornes du résistor et mesurer la valeur de l’intensité
I qui le traverse.
On règle la tension aux bornes du générateur à 24V.
Vérifier la valeur de la tension U aux bornes du résistor et mesurer la valeur de l’intensité
I qui le traverse.
Complétez la dernière ligne du tableau (calcul de U / I) :
Générateur sur 6V
Générateur sur 12V
Générateur sur 24V
Tension U
(V)
Intensité I
(A)
Quotient U / I
6
3) Réalisons le montage électrique suivant :
Mesure de la résistance R du résistor :
Ω
R
R = …………….. .
4) Comparer la valeur des quotients U / I (voir question 2) à la valeur de la résistance électrique R
mesurée à la question 3:
5) Il existe une formule qui permet de calculer la résistance d’un résistor à partir des valeurs U et I
mesurées ; on l’appelle la loi d’Ohm.
En vous inspirant de vos résultats, donnez donc cette formule (ne pas oublier les unités) :
6) Dans le graphe qui suit, tracer les 4 points que cette activité vous a permis d’obtenir pour votre
résistor :
I en Ampère
Echelle :
1 cm pour 2V
1 cm pour 0,1 A
U en Volts
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Exercice 1 :
Quelles sont les 3 grandeurs importantes dans ce chapitre ?
Grandeur
Symbole de la
grandeur
Unité
Symbole de l’unité
Exercice 2 :
Sur un boîtier de résistor , on lit : 10 Ω .
En fonctionnement, il est parcouru par un courant d’intensité I = 2,4 A.
Sous quelle tension est-il branché ? (c'est-à-dire : combien vaut la tension U ?)
Exercice 3 :
Sur le culot d’une ampoule, il est écrit : 6 V / 100 mA.
a) Convertir : 100 mA = ………… A.
b) Que se passe –t’il si on la branche sur une pile de 4,5 V ?
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c) Que se passe –t’il si on la branche sur une pile de 9 V ?
d) Calculer la résistance de cette ampoule utilisée en 6V :
Problème :
Montage 1 :
en série
R
Montage 2 :
en dérivation
R
R
R
On réalise 2 montages différents contenant, soit en série, soit en dérivation, 2 résistances
identiques R.
1) On branche ces 2 montages sur un générateur de 12 V.
On mesure l’intensité qui traverse chaque circuit :
Pour le circuit 1 (résistors en série), on obtient I1 = 50 m A.
Pour le circuit 2 (résistors en série), on obtient I2 = 200 m A.
a) Convertir I1 et I2 en A :
b) Calculer la valeur de la résistance R1 du montage 1 en entier :
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c) Calculer la valeur de la résistance R2 du montage 2 en entier :
2) On branche maintenant ces 2 montages sur un générateur de 24 V.
Calculer les nouvelles valeurs attendues pour I1 et I2.
3) Cocher les bonnes réponses :
a) 2 résistances R branchées en série résistent :
 2 fois moins que R
 Pareil que R.
 2 fois plus que R
b) 2 résistances R branchées en dérivation résistent :
 2 fois moins que R
 Pareil que R.
 2 fois plus que R
4) Tentez d’expliquer vos résultats de la question 3:
10