Manipulation n° 1 : caractéristique d’un dipôle résistif et calcul de résistance





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date de publication07.07.2017
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Manipulation n° 1 : caractéristique d’un dipôle résistif et calcul de résistance
Vous allez mesurer les valeurs prises par l’intensité I traversant la résistance R lorsque la tension U augmente. Le montage est prêt à être utilisé.


  1. Montage : Vérifiez le schéma pour le comprendre.



Sur le rhéostat : A C

  • l
    B
    a borne A est de couleur noire

  • la borne B est de couleur rouge (du même côté que A)

  • la borne C est de couleur noire




  1. Mesures en courant continu :




  1. Après avoir mis le montage sous tension, grâce au curseur du rhéostat faites progressivement augmenter la valeur de la tension U comme indiqué dans le tableau ci- dessous et notez les valeurs de l’intensité I correspondante dans la 2° ligne.

  2. Remplissez la 3°ligne en effectuant le calcul U :I pour chaque colonne.

U (Volt)

0

1

2

3

4

5

5,5

6

I (Ampère)

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.055

0.06

U : I

imp

100

100

100

100

100

100

100


U en volt


  1. Représentation graphique :


Dans le repère ci-contre, représentez la fonction U = f ( I ) grâce aux mesures de votre tableau. Choisissez l’unité appropriée :
Abscisses  : 1 cm 1 volt

Ordonnées : 1 cm 1 ampère

1


Que remarquez – vous sur le graphique ?

Q
0,01
ue pouvez-vous dire des résultats du tableau ?
On obtient une droite, les résultats de la dernière ligne sont tous à peu près égaux

Comment appelle t – on une telle fonction ?

Ce graphique représente une fonction linéaire (représentée par une droite passant par l’origine du repère)

Que peut – on dire de l’intensité et de la tension aux bornes d’une résistance ?

L’intensité I traversant la résistance et la tension U aux bornes de cette résistance sont proportionnelles


Ecrivez la relation entre U et I :


  1. Détermination de la valeur de R :

Expliquez ci-dessous votre raisonnement pour décoder la valeur de R à l’aide du tableau ci-contre.

U : I = 100


Couleur


1° et 2° chiffre

Puissancede 10

Tolérance


Noir

0

0

20 %

Marron

1

1

1 %

Rouge

2

2

2 %

O
1° anneau : marron  1

2° anneau : noir  0

3°anneau : marron  x 101

soit une résistance de 10 x 10 = 100 

4° anneau : or  tolérance de 5 % donc de 5 

La résistance a donc une valeur de 100   5 
range

3

3

---

Jaune

4

4

---

Vert

5

5

---

Bleu

6

6

---

Violet

7

7

---

Gris

8

8

---

Blanc

9

9

---

Argent

---

-2

10 %

Or

---

-1

5 %


Manipulation n°2 : mesure de la puissance d’une lampe en continu.
Nous allons mesurer expérimentalement la puissance d’une ampoule de feu stop puis celle d’une ampoule de phare de voiture et vérifier si la puissance indiquée est la bonne. Quelles sont les valeurs nominales de ces lampes ?

Un1 = 12 V Pn1 = 21 W Ces valeurs sont indiquées sur les lampes

Un2 = 12 V Pn2 = 55 W
Pour mesurer la puissance nous allons utiliser un wattmètre qui comporte deux branchements :

  • un branchement série comme l’ampèremètre

  • Un branchement dérivation comme le voltmètre

Etant donné le nom de l’appareil, quelle est l’unité de puissance ?

L’unité de puissance est le watt

Montage :



  1. Mettez le générateur sous tension.

  2. Mettez sous tension la lampe L1.

  3. Relevez les valeurs de U, I et P indiquées.

  4. Eteignez la lampe L1.

  5. Mettez sous tension la lampe L2

  6. Relevez les nouvelles valeurs de U, I et P indiquées.


Attention au coefficient multiplicateur du wattmètre.



Lampe n°

Tension lue

U en Volt

Intensité lue

I en Ampère

Puissance lue

P en Watt

Produit

U x I

Puissance nominale.(Pn)

1

12

1,75

21

21

21

2

12

4,58

55

55

55

1 et 2

12

6,33

76

76

76


Analyse : Pour chaque lampe comparez les 3 dernières colonnes. Que remarquez –vous ?

Les résultats des 3 dernières colonnes sont à peu près identiques.
Conclusion :
Un appareil de puissance P, fonctionnant dans les conditions nominales, soumis à une tension U, est traversé par un courant d’intensité I, tel que : P = U x I



  1. Mettez sous tension les 2 lampes en même temps.

  2. Relevez les valeurs de U, I et P indiquées par les appareils dans la dernière ligne du tableau.


Conclusion : on remarquer que les puissance se sont ajoutées.
Dans un circuit dérivation, la puissance totale délivrée par le générateur alimentant le circuit est égale à la somme des puissances des appareils présents dans chaque dérivation du circuit.
Manipulation n°3 :
La puissance électrique W d’un appareil est sa capacité à absorber une quantité d’énergie E en un temps t.


E = P x T

ou P = E : T
ou T = E : P

UNITES : 1Wh = 3600 J

Grandeur physique

Unités internationales.

Unités pratiques

Puissance

Le WATT

Le WATT

Energie

Joule (J)

Wattheures (Wh)

Temps

Secondes (s)

heures


Vous allez vérifier expérimentalement que la relation ci-dessus est juste.




Montage : Le compteur d’énergie possède un disque : ce disque tourne en fonction de l’énergie consommée dans le circuit 2.

Ce disque effectue 1 tour complet pour une énergie consommée de 2,5 Wh. (repérer la constante C)
Les 3 lampes sont montées en dérivation
Les temps que nous allons mesurer sont relativement courts (minutes et secondes). Or le compteur électrique mesure l’énergie consommée en wattheures Nous allons donc convertir les énergies mesurées dans l’unité correspondante à la seconde. (Voir tableau des unités activité 1)
Expérience 1 : mesure de l’énergie consommée par les 3 lampes.

  1. Commuter les 3 interrupteurs sur I.

  2. Repérer l’index noir sur le disque et le ramener le plus possible au centre du cadran puis couper l’interrupteur le plus bas. (Interrupteur principal.)

  3. Déclenchez le chronomètre au moment où vous commutez l’interrupteur principal sur I. A partir de cet instant, mesurer le temps nécessaire pour que le disque fasse 2 tours.

t ( en secondes ) 60 secondes



  1. calculer l’énergie consommée :

1 tour 2,5 Wh = 2,5 x 3600 = 18 000 J

2 tours  E = 18 000 : 2 = 9 000 J

  1. calculer la puissance des 3 lampes :

P = = = 300 Watt

  1. Calculer la puissance d’une seule lampe : P = 300 : 3 = 100 W




  1. Vérifier votre résultat en le comparant avec la puissance indiquée par le fabricant : P = 100 W


Conclusion : La puissance calculée avec la formule et la puissance indiquée par le fabricant de

lampes sont identiques, la formule est donc bien vérifiée

E = P x T

Ces 3 TP peuvent être effectués sur une séance de 1 heure et 30 minutes
Manipulation n°1 : pas de problème particulier pour cette manipulation, le montage potentiomètrique n’est pas forcément fait par l’élève.(gain de temps et meilleure disponibilité du prof)


  • une résistance de 100 .

  • Un générateur

  • Un ampèremètre

  • Un voltmètre

  • 7 fils de connexion

  • un rhéostat


Manipulation n°2 : Il est nécessaire d’acheter une lampe de feu STOP et une ampoule de phare de voiture (qu’il faudra connecter sur la position phare) afin d’avoir une déviation de l’aiguille du wattmètre très nette. Le montage n’est pas forcément réalisé par l’élève (gain de temps considérable et meilleure disponibilité)


  • un wattmètre

  • 2 ampoules de puissances différentes

  • un voltmètre

  • un ampèremètre

  • 2 interrupteurs

  • 12 fils de connexion.


Manipulation n°3 : Le compteur électrique peut vous être fourni par E.D.F gratuitement ou acheté chez PIERRON pour 2500 F. Le panneau de lampe peut être bricolé par vos soins en 2 heures de temps pour une somme d’environ 100 F ou acheté chez PIERRON pour la modique somme de 2500 F


  • Un compteur EDF

  • 3 lampes 100 W chacune

  • un chronomètre

  • une prise murale pour éventuellement brancher un plus gros appareil (bouilloire, micro-ondes, fer à repasser etc …) et faire des calculs de rendement ou vérifier des puissance constructeur.




s.binet : loi d’ohm/puissance/energie - temps /3

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