TP Physique. N° 08

Grandeurs

électriques.

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Matériel :   

2 multimètres (un jaune et un noir), un générateur,

2 conducteurs ohmiques,

Une lampe (12 V), un interrupteur,

Un conducteur ohmique de résistance R1 = 18 Ω

Un conducteur ohmique de résistance R2 = 47 Ω.

 

I - But.
II - Rappels et compléments : intensité du courant et tension électrique.
1)- Intensité du courant électrique.
2)- Tension électrique.

3)- Représentation tension-courant.

III - Le multimètre.

IV - Utilisation du multimètre.

V - Montage série.

1)- Dispositif expérimental.

2)- Mesures et exploitation des mesures.

VI - Montage dérivation.

1)- Dispositif expérimental.

2)- Mesures et exploitation des mesures.

VII - Utilisation d'un ohmmètre.

I- But.

-    Apprendre à utiliser un voltmètre, un ampèremètre et un ohmmètre.

-    établir les lois sur les tensions et sur les intensités.

II- Rappels et compléments : intensité du courant et tension électrique.

1)- Intensité du courant électrique.

  Le courant électrique :

Un courant électrique est un déplacement de porteurs de charge électrique,

c’est un débit de porteur de charge.

Dans un métal, le courant électrique est dû

à un mouvement d’ensemble et ordonné des électrons libres.

Dans un électrolyte le courant électrique est dû

à la double migration des ions positifs et négatifs qui se déplacent en sens inverses.

-    Par convention, le courant électrique sort de la borne positive du générateur.

Définition de l’intensité d’un courant électrique :

-    L’intensité d’un courant électrique est le rapport

-    de la quantité d’électricité Q ayant traversé une section s du circuit

-    par la durée Δt.

-    On écrit :

 

I

Q 


Δt

I intensité en ampère A

Q  = n.e charge électrique en coulomb C  

Δt  durée en seconde s

 

-    L’intensité du courant électrique se mesure à l’aide d’un ampèremètre placé en série dans la branche de circuit.

-    L’intensité, notée I s’exprime en ampère de symbole A.

2)- Tension électrique.

-    Il existe une tension électrique entre deux points A et B d’un circuit électrique, si ces deux points ne sont pas dans le même état électrique. 

-    On dit qu’il existe une différence de potentiel entre ces deux points.

-    La tension électrique entre les deux points A et B d’un circuit électrique se note : UAB.

-    La tension électrique entre deux points d’un circuit se mesure à l’aide d’un voltmètre.

-    Le voltmètre se branche en dérivation entre ces deux points.

-    La tension UAB s’exprime en volt de symbole V.

-    Remarque :

-    L’état électrique du point A d’un circuit se note VA.

-    Il s’exprime en volt (V).

-    On écrit : UAB = VA   VB.  

-    Représentation schématique de la tension UAB.

-    Sur un schéma, on représente la tension UAB par un segment fléché dont la pointe est du côté du point A.

-    Remarque :

-    La tension est une grandeur algébrique :

-    UAB = UBA.

-    Avec : UAB = VA  VB  et  UBA = VB   VA  

3)- Représentation tension-courant.

-    On considère le circuit constitué d’une pile, d’une lampe, d’un interrupteur et de fils conducteurs.

-    Schéma normalisé du circuit électrique :

-    On ferme l’interrupteur K.

-    Un courant I circule dans le circuit.

-    Il sort par la borne positive du générateur.

-    Pour le générateur (la pile),

-    Le courant sort de la borne positive P et la tension UPN > 0. 

-    La flèche représentant la tension et la flèche indiquant le sens du courant sont de même sens.

-    Pour le récepteur (la lampe) :

-    Le courant circule de A vers B et la tension UAB > 0. 

-    La flèche représentant la tension et la flèche indiquant le sens du courant sont de sens contraires.

-    Remarque :

-    La flèche représentant la tension est à côté du circuit et la flèche indiquant le sens du courant est sur le circuit.

-    Un dipôle peut être étudié en convention récepteur ou en convention générateur.

-    Convention générateur :

-    La flèche représentant la tension et la flèche indiquant le sens du courant sont de même sens.

-    Convention récepteur :

-    La flèche représentant la tension et la flèche indiquant le sens du courant sont de sens contraires.

 

III- Le Multimètre

-    Il joue le rôle d’ampèremètre, de voltmètre et d’ohmmètre.

-    Un ampèremètre sert à mesurer l’intensité I d’un courant électrique (en A ou en mA).

-    Un voltmètre sert à mesurer la tension UAB entre deux points A et B d’un circuit électrique (en V ou en mV).

-    Un ohmmètre sert à mesurer la résistance d’un conducteur ohmique (en ohm : Ω).

IV- Utilisation du multimètre

-    Nature du courant.

-    Calibre :

-    Le calibre est la valeur maximale que le multimètre peut mesurer.

-    Remarque :

-    Lorsque le multimètre est utilisé en ampèremètre, on risque de détériorer le fusible si on dépasse la valeur du calibre.

-    C’est l’intensité ou la tension maximale que peut supporter l’appareil sans être détérioré.

-    Branchement :

-    En série pour l’ampèremètre et en dérivation pour le voltmètre.

-    Schémas :

-    Sens du branchement

-    Schémas :

V- Le montage en série.

1)- Dispositif expérimental.

ManipulationRéaliser le montage suivant :

Régler au préalable la tension du générateur : U PN = 12 V.

2)- Mesures et exploitation des mesures.

RédactionReprésenter UPN, UPA, UAB, UBC, UCD, UDE, UEN et UAE.

-    On ferme l’interrupteur.

ManipulationMesurer UPN, UPA, UAB, UBC, UCD, UDE, UEN et UAE.

-    Simulation avec crocodile physics :

Tension aux bornes du générateur UPN 12,0 V

Tension aux bornes d’un fil

UPA 0,4 mV

Tension aux bornes de la lampe

UCD 6,99 V

Tension aux bornes de l’interrupteur

UAB 0,6 mV

Tension aux bornes d’un C.O (R2)

UDE 3,61 V

Tension aux bornes du C.O (R 1)

UBC 1,38 V

Tension aux bornes d’un fil

UEN 0,2 mV

Tension aux bornes de l’association  UAE 12,0 V

Rédaction Comparer et UAE à UAB + UBC + UCD + UDE. Conclusion 1.

    Conclusion 1 :

La tension aux bornes d’un ensemble d’appareils branchés en série

est égale à la somme des tensions aux bornes de chacun d’eux.

 

Manipulation Mesurer l’intensité du courant en trois points du circuit.

Rédaction Conclusion 2.

-    Simulation avec crocodile physics :

 

 

Mesure 1

L’ampèremètre est placé entre les points E et N 

I2 = 75 mA

Mesure 2

L’ampèremètre est placé entre les points B et C 

I3 = 75 mA

Mesure 3

L’ampèremètre est placé entre les points P et A 

I4 = 75 mA


    Conclusion 2 :

L’intensité est la même en tous points d’un circuit série.

VI- Montage en dérivation.

1)- Dispositif expérimental.

ManipulationRéaliser le montage suivant :

 

Régler au préalable la tension du générateur : U PN = 3,0 V.

2)- Mesures et exploitation des mesures.

-    Fermer l’interrupteur.

Manipulation Mesurer UPN, UAB, UCD, UEF.

Rédaction Comparer UPN à UAB et à UCD.  Conclusion 3.

-    Simulation avec crocodile physics :

Tension aux bornes du générateur UPN 3,0 V

Tension aux bornes du C.O (R1)

UAB 3,0 V

Tension aux bornes d’un C.O (R2)

UDE 3,0 V

Tension aux bornes   UAE 3,0 V

 

    Conclusion 3 :

La tension est la même aux bornes d’appareils branchés en dérivation.

Manipulation Mesurer l’intensité du courant dans les branches PE, AB, CD, FN.

Rédaction Conclusion 4.

 

Mesure 1

L’ampèremètre est placé dans la branche  PE   

I  0,214 A

Mesure 2

L’ampèremètre est placé dans la branche  AB   

I1 0,158 A

Mesure 3

L’ampèremètre est placé dans la branche  CD   

I2 0,063 A

Mesure 4

L’ampèremètre est placé dans la branche  FN   

I  0,214 A

Calibre utilisé : 400 mA et résistance interne de l’ampèremètre Ri 1,0 Ω

-    On ne vérifie pas bien que I  = I1 + I2

-    Ceci provient du fait qu’un ampèremètre possède une résistance interne. 

-    Cette résistance interne est faible, d’autant plus petite que le calibre utilisé est grand.

-    On peut réaliser la mesure en utilisant 3 ampèremètres sur le même calibre.

-    Dans ce cas, on remarque que : I  I1 + I2

-    Simulation avec crocodile physics :

 

    Conclusion 4 :

L’intensité du courant dans la branche principale est égale à la somme des intensités dans les branches dérivées.

VII- Utilisation d’un ohmmètre.

-      Mesurer la valeur de la résistance R1.

-      Mesurer la valeur de la résistance R2.

-      Mesurer la valeur de la résistance R3 constituée par les conducteurs ohmiques R1 et R2 associés en série.

-      Conclusion 5.

Calibre : 200 Ω

Mesure 1

Valeur de la résistance R1

R1 18,0 Ω

Mesure 2

Valeur de la résistance R2

R2 46,8 Ω

Mesure 3

Valeur de la résistance R3 

(association série)

R3 64,8 Ω

►  Conclusion 5 :  

R3  R1  +   R2

  Remarque 1 :

La résistance de l’association série

est toujours plus grande que la plus grande des résistances associées.

  Remarque 2 :

La résistance de l’association série de plusieurs conducteurs ohmiques

est égale à la somme des résistances  :

 R3 =  R1  +   R2


 

-      Mesurer la valeur de la résistance R4 constituée par les conducteurs ohmiques R1 et R 2 associés en dérivation.

-      Conclusion 6.

 

Mesure 1

Valeur de la résistance R1

R1 18,0 Ω

Mesure 2

Valeur de la résistance R2

R2 46,8 Ω

Mesure 3

Valeur de la résistance R4 

(Association parallèle)

R4 13,0 Ω

  Conclusion 6 :  

Relation à vérifier :

  Remarque 1 :

La résistance de l’association en dérivation

est toujours plus petite que la plus petite des résistances associées.

  Remarque 2 :

Il faut travailler avec les conductances :

La conductance d’un conducteur ohmique est égale à l’inverse de sa résistance,

on écrit :

G

1 


R 

  Unité :  siemens S

 

 

Résistance

Conductance

Mesure 1

R1 18,0 Ω 

G1 0,056 S 

Mesure 2

R2 46,8 Ω

G2 0,021 S

Mesure 3

R4 13,0 Ω 

G4 0,077 S 

 

   Conclusion 6  (suite) :

G4  G1  +   G2

   La conductance de l’association en dérivation est égale à la somme des conductances.

 G4 =  G1  +   G2