Recherche documentaire : Les trois physiciens : joule, watt et ohm ont un rapport avec cette grandeur qu’est la résistance électrique. Qu’est ce que «l’effet joule»





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date de publication21.05.2017
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Les conducteurs ohmiques



Le compte-rendu de ce TP sera rédigé dans un document WORD que vous nommerez « loi d’Ohm suivi de votre nom » et vous enregistrerez ce document sur votre disque.

I - Détermination de la valeur d’une résistance 



1 – Introduction
Un conducteur ohmique est caractérisé par sa résistance, notée R. L’unité est l’ohm ().

Le symbole utilisé en électricité pour représenter un conducteur ohmique est le suivant :



Au-dessus du symbole, on écrit souvent R accompagné de la valeur de la résistance du conducteur ohmique utilisé.
Recherche documentaire :

Les trois physiciens : JOULE,  WATT et OHM ont un rapport avec cette grandeur qu’est la résistance électrique.

  1. Qu’est ce que « l’effet joule » ?

  2. Qu’est ce que la puissance électrique ?

  3. Qu’est-ce que la loi d’Ohm ?



2 – Mesure à l’ohmmètre
L’ohmmètre est l’appareil de mesure permettant de déterminer la valeur de la résistance. Il suffit de le brancher aux bornes du conducteur ohmique dont on veut connaître la résistance. Le symbole électrique d’un ohmmètre est le suivant :


Principe de fonctionnement : L'ohmmètre est un appareil de mesure, constitué d'un générateur de tension électrique U (pile), indépendant du réseau électrique. C'est pour cette raison qu'il est nécessaire d'interrompre aux moyens des fusibles ou des disjoncteurs, la tension électrique U du réseau. On mesure une résistance électrique à l'aide d'un ohmmètre en dehors de tout circuit.
Imprécision : Comme pour tout appareil de mesure, une valeur lue à l’ohmmètre est entachée d’erreur. L’incertitude sur la mesure se calcule à partir des informations fournies par la notice de l’ohmmètre.

Ex : incertitude = 0,8 / 100  (valeur lue) + 1 unité de résolution.

L’unité de résolution(ou digit) est la plus petite valeur pouvant être lue sur le calibre choisi.
Manipulation : Mesurer à l’ohmmètre la valeur de 2 résistances dont vous disposez dans le coffret et noter leurs valeurs ci-dessous :

!!! Attention au choix judicieux du calibre !!!
3 – Utilisation du code des couleurs
Si on ne dispose pas d’ohmmètre, il est néanmoins possible de déterminer la valeur de la résistance d’un conducteur ohmique en observant les 4 anneaux de couleur disposés sur celui-ci par les fabricants.

T

out d'abord il faut placer la résistance devant-soi comme l'indique le schéma avec les 3 anneaux colorés à gauche :

Comment lire ces indications ?

  • Les deux premiers anneaux indiquent les deux premiers chiffres de la valeur de la résistance.

  • Le troisième anneau indique le multiplicateur.

  • Le quatrième anneau (soit or soit argent) apporte une indication sur la précision de la valeur de la résistance. Elle est donnée en pourcentage par le fabricant.


Interprétation de l’exemple du schéma :

Les deux premiers anneaux : vert 5 et bleu 6

Le troisième anneau est rouge, ce qui implique une multiplication des deux premiers chiffres par 100. la résistance a donc pour valeur R = 56 100 = 5 600 Ω.

Le quatrième anneau est doré soit une précision +/- 5%.

On peut donc encadrer la valeur de la résistance du conducteur ohmique utilisé :

5 600 – 5% < R < 5600 + 5 %

5 320 Ω < R < 5 880 Ω

CODE des COULEURS





Couleur

Chiffre

Multiplicateur

Tolérance

Noir




0

x 1

-

Marron




1

x 10

-

Rouge




2

x 100

-

Orange




3

x 1000

-

Jaune




4

x 10k

-

Vert




5

x 100k

-

Bleu




6

x 1M

-

Violet




7

x 10M

-

Gris




8

-

-

Blanc




9

-

-

Or




-

x 0,1

+/- 5%

Argent




-

x 0,01

+/- 10%



Exercices :


  1. Déterminer la valeur des résistances d’après le code des couleurs. (On écrira le résultat sous la forme d’un encadrement)

Résistance

Anneau1

Anneau2

Anneau3

Anneau 4

A

Marron

Gris

Marron

Argent

B

Rouge

Bleu

Vert

Or

C

Rouge

Rouge

Rouge

Or


< RA <

< RB <

< RC <


  1. Retrouver la couleur des anneaux portés par les résistances suivantes. (On écrira les résultats dans le tableau)


R1 = 470 +/- 10%

R2 = 1,5 M +/- 5%

R3 = 2,2 +/- 0,22 k

Résistance

Anneau1

Anneau2

Anneau3

Anneau 4

1













2













3




















II- Etude de la loi d’ohm

  1. Utilisation des appareils de mesure





  1. Comment se branche un voltmètre ?

  2. Comment se branche un ampèremètre ?

  3. Sur un schéma, représenter un circuit série contenant un générateur de tension continue et un conducteur ohmique. Y placer :

  • u


    n ampèremètre permettant de mesurer l’intensité du courant traversant la résistance ;

  • un voltmètre permettant de mesurer la tension aux bornes du conducteur ohmique.

On pourra utiliser Crocodile Physics pour dessiner le montage.

  1. Sur le schéma précédent, placer les bornes de l’ampèremètre et du voltmètre. Que se Que Que se passe-t-il si ces appareils sont branchés à l’envers ?

Répondre à ces questions dans le compte-rendu.

Point historique : Georg OHM (1789-1854) est un physicien allemand dont les premiers travaux en électricité datent de 1825. En étudiant les forces électromagnétiques produites par le passage du courant dans un fil, il découvre que leur intensité est proportionnelle à la longueur du conducteur. De ses recherches, Ohm énonce une loi qui porte aujourd'hui son nom (et que vous allez redécouvrir ci-dessous) Avec les lois élaborées par André Ampère au même moment, la loi d'Ohm marque le premier pas vers une description théorique des phénomènes électriques. En son honneur, l'unité de résistance électrique porte aujourd'hui son nom.
2- Etude de la caractéristique U = f(I) grâce au tableur excel

Montage et mesures


1) Réaliser le montage dessiné ci-dessus avec un générateur 0-15 V et un conducteur ohmique de résistance

R1 = 680. Faire varier la tension du générateur (Ne pas dépasser 12 V) et remplir le tableau suivant :


I (mA)

U
Dans une feuille excel, copier le tableau de mesure défini précédemment. Dans la colonne A, on placera les valeurs de l’intensité (I en A) et dans la colonne B les valeurs de la tension (U en V).

Attention : les valeurs de l’intensité doivent être données en ampère sinon nous n’aurons pas la bonne unité pour le calcul de R..

Donner un titre à ce tableau.

(V)




0




1




2




….


Tracé de la caractéristique

2) Créer un graphique donnant U en fonction de I. Faire apparaître le quadrillage principal, le titre du graphique, les titres des axes placés au bout de ces axes.

Copier le tableau et le graphe et les coller dans votre compte-rendu..

Exploitation de la courbe


3) Quelle est la forme de cette caractéristique ?

4) Que peut-on en déduire pour les grandeurs U et I ?

5) Donner l’équation de la droite obtenue.

6) Cette relation s’appelle loi d’Ohm : l’écrire littéralement en précisant les grandeurs électriques et leurs unités

Dans l’écriture de cette relation, il faut veiller au sens choisi pour le courant ainsi qu’à la tension étudiée. Compléter le schéma suivant : soit un conducteur ohmique de résistance R, traversé par un courant d’intensité I :


Si IAB est positif :

  • UAB est ………………………. et UAB = ………………




  • UBA est ………………………. et UBA = ………………




Répondre à ces questions dans le compte-rendu.

3- Etude de la caractéristique U = f(I) par EXAO
Montage : A







+

E

– R V


E peut varier de 0 à 15 V

R = 680 











On utilise le montage ci-dessus (le même que précédemment) mais on remplace les voltmètre et ampèremètre ordinaires par les appareils de mesure adaptés à l’interface EXAO.

Cette interface sera piloté par le logiciel GENERIS.
Paramétrage et tracé de la caractéristique U = f(I) :
Lancer le logiciel GENERIS.

Menu 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 : 25 mA

Onglet Grandeur : Grandeur : i Unité : A 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.

Onglet validation : Manuelle
Sélectionner le voltmètre :

Onglet Calibre : Calibre : -15/+15 V

Onglet Grandeur : 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 l’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 de 0 à 9 V.

Pour mettre fin à l’acquisition, cliquer sur l’icône représentant un bouton rouge.


  • Courbe :

Cliquer sur échelle automatique :
A l’aide de Outils : droite . Cliquer sur l’origine de la droite, maintenir cliquer, tracer la droite représentant les variations de U en fonction de I et noter son équation (bandeau gris inférieur).
Modifier la présentation de la courbe si nécessaire (couleur, fond).
Noter l’équation de la droite :




La copier dans votre compte-rendu :

Menu edition/ Copier

Basculer dans la fenêtre WORD

Menu EDITION / Collage spécial/ Image (métafichier amélioré)
Noter l’équation de la droite.

Exploitation de la courbe :
1) A l’aide de la loi et de l’équation précédente, trouver la valeur de R en ohm ()

2) Comparer cette valeur à celle trouvée par la mesure à l’ohmmètre.

3) Calculer l’écart relatif, exprimé en %, entre la valeur expérimentale de R et la valeur pratique de R (mesure à l’ohmmètre) : (Rexp – Rprat)/Rprat  100
Répondre à ces questions dans le compte-rendu.

Exercices sur la loi d’Ohm



E

On a tracé la caractéristique intensité-tension d'un conducteur ohmique (A , B).

1) À l'aide de cette caractéristique, déterminer la tension UAB entre les bornes du conducteur ohmique lorsqu'un courant d'intensité I= 25 mA le traverse de A vers B.

2) Calculer la résistance R de ce dipôle.

xercice 1 :



Exercice 2 :

Un conducteur ohmique de résistance R est traversé par un courant I :


I


R


A

B



  1. Donner la relation liant UAB, I et R ; puis celle liant UBA, I et R.

  2. Si R = 50  et I = 20 mA, que vaut UAB ?

  3. Si R = 220  et I = 50 mA, que vaut UBA ?

  4. Si R = 680  et UAB = 12V, que vaut I?

Exercice 3 :

On donne :

UAB = 6V, UPN = 10V, I1 = 1A, I2 = 0,6A


  1. Représenter les tensions UAB, UEB et UCD.

  2. Exprimer ces tensions en fonction des résistances

et des intensités des courants : R1, R2, R3, I1, I2 et I3.

3) Calculer les valeurs R1, R2 et R3.

Exercice 4 :





  1. Représenter les tensions UPN, UAB, UDC et UDE.

  2. Quelle est la valeur de UAB ?

  3. En déduire la valeur de I1.

  4. Quelle est la valeur de UDC ?

  5. Quelle est la valeur de UDE ?

  6. En déduire la valeur de R3.

  7. Quelle est la valeur de I ?




UPN = 20V R1 = 50

I2 = 200mA R2 = 60

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