Alternative pour obtenir une tension variable et vérifier les lois de l

Blanc Frédéric
12/02/2009
Alternative pour obtenir une tension variable et vérifier les lois de
l’électrocinétique
Dans le cadre de l’électrocinétique, pour pouvoir expérimenter les différentes lois
telle que la loi d’Ohm, il faut un générateur de tension variable. Le matériel didactique prévu
à cet effet que l’on trouve dans les catalogues coûte très cher. Ce que nous vous proposons
sont quelques alternatives à moindre coût et assez faciles à se procurer.
1er montage
Le premier montage remplace un générateur classique par l’association d’un chargeur
de batterie de voiture et d’une résistance variable placée en potentiomètre.
Les caractéristiques du chargeur sont : - entrée : 220 V, 50Hz
- sortie : 6/12 V, AC-DC, 12/6 A
Pour la résistance variable R1 : R = 35 Ω, Imax = 3,5 A
Dans ce montage nous plaçons simplement une résistance R2 dans le circuit pour
vérifier la loi d’Ohm. Cette résistance est un fil de constantan (60%Cu-40%Ni) d’une section
de 0,50 mm et d’une longueur de ± 50 cm.
Les résultats obtenus sont les suivants :
U(V)
0,00
0,35
0,80
1,19
1,80
2,08
2,48
I(A)
i(A)
0,00
0,21
0,47
0,71
1,08
1,25
1,48
loi d'ohm
1,6
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
U(V)
L’équation de cette droite est I = 0,59 .U, où 0,59 est la valeur numérique de la
conductance. La valeur de la résistance est l’inverse de cette dernière et vaut 1,67 Ω.
2ème montage
Dans le second montage, on utilise un
chargeur moins puissant, vendu pour l’outillage.
L’avantage de ce chargeur est qu’il permet
de se passer de la résistance variable puisque
plusieurs tensions de sortie sont disponibles (cfr les
caractéristiques ci-dessous). On peut donc obtenir
un nombre de mesures suffisant.
Ce genre d’appareil se trouve dans toutes
les grandes surfaces spécialisées dans le bricolage
ou l’électronique pour une dizaine d’euros.
Caractéristiques de l’appareil :
-
adaptateur AC-DC
entrée : 220V, 50 Hz
Puissance : 18 W
Sortie : 1,5V; 3V; 4,5V; 6V;
7,5V; 9V; 12V
Imax : 1000 mA
La résistance utilisée est de nouveau un fil de constantan d’une section de 0,25 mm et
mesurant ± 2 m.
Selon la qualité de l’alimentation, la valeur de la tension de sortie réelle sera plus ou
moins identique à celle indiquée sur le boitier, il vaut toujours mieux utiliser un voltmètre
pour contrôler la différence de potentiel. Il faut faire attention aussi à la résistance utilisée car
ces adaptateurs sont souvent limités en courant, il faut que la résistance soit assez grande pour
limiter le courant, dans notre cas cette valeur était d’un ampère.
Les résultats obtenus avec ce montage sont :
U(V)
0,00
2,61
4,19
6,17
7,66
9,08
10,35
12,81
i(A)
0,00
0,13
0,21
0,31
0,39
0,46
0,52
0,65
loi d'ohm
I(A)
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
0
2
4
6
8
10
12
14
U(V)
L’équation de cette droite est I = 0,051 .U. La valeur de la résistance vaut 19,6 Ω.
Il est aussi possible d’utiliser des piles en guise de générateur mais avec l’inconvénient
que celles-ci se déchargent, préférez donc les piles rechargeables. Ce sera toujours meilleur
pour le portefeuille et l’environnement.
3ème montage
Ce dernier montage est une adaptation du premier. Plutôt que de laisser pendre le fil de
constantan, ce dernier est dénudé et est tendu entre deux statifs. Les contacts et le choix de la
longueur du fil se fait à l’aide deux pinces crocos.
Les résultats obtenus pour ce montage sont :
75 cm
U(V)
0,00
0,45
1,11
1,61
2,08
2,69
3,26
4,04
i(A)
0,00
0,03
0,09
0,13
0,16
0,21
0,26
0,32
50 cm
U(V)
0,00
0,83
1,12
1,89
2,47
3,00
3,68
4,24
i(A)
0,00
0,10
0,13
0,22
0,28
0,35
0,43
0,49
15 cm
U(V)
0,00
0,25
0,41
0,61
0,93
1,20
1,86
3,33
4,01
i(A)
0,00
0,07
0,12
0,19
0,28
0,37
0,58
1,06
1,26
loi d'ohm
I(A)
1,4
R = 3,18 Ω
1,2
1
0,8
75 cm
50 cm
R = 8,62 Ω
0,6
15 cm
0,4
0,2
R = 12,66
Ω
0
0
1
2
3
4
5
U(V)
Ce montage à l’avantage d’être un peu plus visuel pour les élèves et permet de faire
varier d’autres paramètres relatif à la résistance. Il est assez simple de faire varier la longueur
et en changeant le fil, on peut modifier soit la section ou le matériau qui compose le fil. Cette
manipulation est une bonne manière de mettre en évidence la loi de Pouillet.
Il est aussi possible en rapprochant les pinces crocos et en augmentant ainsi l’intensité
du courant (2,25 A) de faire chauffer le fil, jusqu’à le rendre incandescent, et mettre en
évidence l’effet Joule.