Etude d`un électrolyseur

TP2 : ETUDE DES CARACTERISTIQUES DE RECEPTEURS ET GENERATEURS
Vous réaliserez un compte-rendu sous Word en faisant apparaître les titres, les réponses aux questions et les graphiques
réalisés sur généris.
Objectifs : Tracer les caractéristiques intensité-tension d’un récepteur et d’un générateur. Trouver un point de
fonctionnement.
LA CARACTERISTIQUE INTENSITE-TENSION D'UN DIPOLE EST LA RELATION QUI LIE LA TENSION A SES BORNES ET L'INTENSITE DU
COURANT QUI LE TRAVERSE : U = F(I)
I – ETUDE D’UN ELECTROLYSEUR
Un électrolyseur est constitué de deux électrodes trempant dans une solution conductrice du courant (ici solution d'acide
sulfurique). On branche les électrodes de l'électrolyseur aux bornes d'un générateur. On observe une réaction chimique aux
bornes des électrodes à condition que la tension du générateur dépasse une certaine valeur.
1- Montage
Réaliser le montage suivant et le faire vérifier par le professeur
A
G
Le générateur est de tension continue 0- 15V
On place dans l'électrolyseur une solution de soude (elle doit recouvrir entièrement les
électrodes)
V
Les ampèremètre et voltmètre sont adaptés à l'interface EXAO.
1) Représenter sur le schéma l'intensité I du courant ainsi que la tension U AB aux bornes de la résistance.
2) Regarder ce qui se produit au niveau des électrodes lorsque la tension augmente.
2- Tracé de la caractéristique intensité-tension
Tracer la caractéristique intensité-tension à l'aide de Généris.
Lancer le logiciel GENERIS.
Menu AFFICHAGE / Acquisition
 Paramétrage :
Cliquer (Sélectionner) l’icône Voltmètre et la faire glisser sur l’axe des ordonnées
Cliquer (Sélectionner) l’icône Ampèremètre et la faire glisser sur l'axe des abscisses.
Sélectionner l'ampèremètre :
Onglet Calibre : Calibre: mA +/- 2,5 ou 2,5A
(On aura au préalable sur le boitier EXAO placé le sélecteur sur 2,5 A V
et continu)
Onglet Grandeur : Grandeur : I Unité : A
Si option Réglage du zéro : Enlever les fils connectés au module
ampèremètre et les relier par un fil puis valider la valeur 0 dans le logiciel (Appliquer, Valider). Refaire le montage initial.
Onglet validation : Manuelle
Sélectionner le voltmètre :
Onglet Calibre : Calibre : V +/- 25 ou –15/15V
(On aura au préalable sur le boitier EXAO placé le sélecteur sur 25 V et
continu)
Onglet Grandeur : Grandeur : Uab
Unité : V
Réglage du zéro : Enlever les fils connectés au module voltmètre
et les relier par un fil puis valider la valeur 0 dans le logiciel (Appliquer, Valider). Refaire le montage initial.
 Lancement :
Lancer 1'acquisition en cliquant sur l'icône :
Lancer
Une fenêtre apparaît, indiquant les valeurs de la tension et de l'Intensité et un point apparaît sur le graphe :OK suivant,
augmenter la tension, arrêter : un nouveau point s'inscrit : OK suivant... Faire varier les valeurs de U AB de 0 à 10 V. (Pour
faire varier la tension, on tourne le bouton du générateur 0-15 V) Pour mettre fin à l'acquisition, cliquer sur I'icône représentant
un bouton rouge.
Faire varier les valeurs de UAB de 0 à 10 V.
On a alors obtenu la caractéristique intensité-tension de l’électrolyseur.
3- Analyse de cette caractéristique intensité-tension
1) De combien de partie se composent cette courbe ?
2) Etude de la partie linéaire :
A l’aide de Outils : droite . Cliquer sur l’origine de la droite, maintenir cliquer et glisser afin de visualiser la droite, tracer
alors la droite (il suffit d'appuyer sur Entrée en maintenant le clic) représentant les variations de U en fonction de I et noter son
équation (bandeau gris inférieur).
3) La caractéristique intensité-tension d'un électrolyseur est de la forme : U = E' + r’I
Déterminer les valeurs E’ et r’ de l’électrolyseur.
4) Quel est, à votre avis, le sens physique de E’ et r’ ?
5) A l’aide de l’outil pointeur, pour une valeur de I, repérer la valeur correspondante de U.
II – ETUDE D’UN CONDUCTEUR OHMIQUE
Un conducteur ohmique possède une résistance R. Son symbole :
1- Montage
Réaliser le montage suivant et le faire vérifier par le professeur
A
Le générateur est un générateur de tension continue 0-15V.
Le conducteur ohmique possède une résistance R = 1k.
G
V
Les ampèremètre et voltmètre sont ceux de l’interface EXAO. (cette interface est
connectée à l’ordinateur et on exploitera les mesures à l’aide du logiciel Généris)
Remarque : Pour le branchement de 1'ampèremètre EXAO, on utilise les bornes mA et COM. ( !!! Attention au sens de
branchement !!! mA du côté par lequel entre le courant électrique). On fera également atte ntion au sens de branchement du
voltmètre.
Représenter sur le schéma l'intensité I du courant ainsi que la tension UAB aux bornes de la résistance.
2- Tracé de la caractéristique intensité-tension
Faire fichier nouveau.
Sélectionner l'ampèremètre :
Onglet Calibre : Calibre: mA +/- 25 ou 25mA
(On aura au préalable sur le boitier EXAO placé le sélecteur sur 25 mA
et continu)
Onglet Grandeur : Grandeur : I Unité : A
Si option Réglage du zéro : Enlever les fils connectés au module
ampèremètre et les relier par un fil puis valider la valeur 0 dans le logiciel (Appliquer, Valider). Refaire le montage initial.
Onglet validation : Manuelle
Sélectionner le voltmètre :
Onglet Calibre : Calibre : V +/- 25 ou –15/15V
(On aura au préalable sur le boitier EXAO placé le sélecteur sur 25 V et
continu)
Onglet Grandeur : Grandeur : Uab
Unité : V
Réglage du zéro : Enlever les fils connectés au module voltmètre
et les relier par un fil puis valider la valeur 0 dans le logiciel (Appliquer, Valider). Refaire le montage initial.
 Lancement :
Lancer 1'acquisition en cliquant sur l'icône :
Lancer
On a alors obtenu la caractéristique intensité-tension du conducteur ohmique de résistance R = 1k.
3- Analyse de cette caractéristique intensité-tension
A l’aide de Outils : droite . Cliquer sur l’origine de la droite, maintenir cliquer et glisser afin de visualiser la droite, tracer
alors la droite (iI suffit d'appuyer sur Entrée en maintenant le clic) représentant les variations de U en fonction de I.
Relever son équation : cliquer sur la flèche de l’icône u / propriété.
La caractéristique intensité-tension d'un conducteur ohmique est de la forme UAB = RI.
Déterminer la valeur de la résistance R du conducteur ohmique étudié.
III – ETUDE D’UN GENERATEUR : UNE PILE
1- Montage
Réaliser le montage suivant et le faire vérifier par le professeur :
P
A
Rhéostat 33
V
Un rhéostat est une résistance variable : il sera branché du côté
où se trouvent une borne rouge et une borne noire. Au départ, le
curseur sera déplacé vers 1'extrémité opposée au côté où se
trouvent les bornes rouge et noire.
Les ampèremètre et voltmètre sont ceux de I'interface EXAO.
N
Résistance de protection
Représenter sur le schéma l'intensité I du courant et la tension UPN.
Rp = 10 
Remarque : la pile est dans un boitier métallique. Une fois les mesures effectuées, vous êtes priés de la débrancher afin de ne
pas écourter sa vie. Merci pour elle !!
2- Tracé de la caractéristique intensité-tension
Acquisition
On procèdera de la même manière que pour la résistance aux modifications suivantes près :
Ampèremètre : Onglet Calibre : Calibre : A +/- 0.250
Voltmètre : Onglet Calibre : Calibre : V +/- 2.5
Onglet Grandeur : Grandeur: Upn
Pour faire varier la tension, on déplace le curseur du rhéostat.
Lors du lancement, sélectionner « ajouter à l’expérience précédente ».
3- Analyse de la caractéristique
1) Quelle est l’allure de la courbe obtenue ?
2) Déterminer à l’aide de l'outil adéquat du logiciel son équation.
3) Sachant que l’équation de la caractéristique intensité-tension d'un générateur a pour forme UPN = E – rI où E est la force
électromotrice (fern) de la pile et r sa résistance interne, donner les valeurs de E et de r pour la pile étudiée.
E=
r=
4) Utiliser l’outil pointeur de Generis pour repérer un couple de valeurs I, UPN.
IV – POINT DE FONCTIONNEMENT
1) Repérer grâce à l’outil pointeur les coordonnées du point d’intersection des deux courbes. Ce point s’appelle le point de
fonctionnement.
2) Dessiner et réaliser le circuit série comportant la pile et le conducteur ohmique.
3) Relever l’intensité I dans le circuit et la tension aux bornes de la pile et du conducteur ohmique. Comparer ces valeurs à
celles du point de fonctionnement.
3- Transfert de puissance
2) Déterminer alors pour ce couple de valeurs la puissance fournie par le générateur
Pf = UPN I =
3) Exprimer la puissance dissipée par effet Joule aux bornes du générateur puis calculer la pour la valeur d’intensité choisie :
Pj =
4) Calculer alors la valeur de la puissance « totale » du générateur pour l’intensité choisie et la comparer au produit EI.
5) Définir alors le rendement d'une pile.