TP MPI  N° 02

Loi des tensions et

Lois des intensités.

Énoncé

 

Correction 

Matériel :

Multimètres (2 : jaune et noir),

générateurs (polysource, multigénérateur),

lampe à incandescence (12 V – 100 mA),

fils de connexions, interrupteur, plaque de connexions

R 18 – R 33 -

 

I - Le courant électrique.

II - La tension électrique .

III - Cas d'un circuit série.

IV - Cas d'un circuit avec dérivation.

 

I- Le courant électrique.

 

II- La tension électrique.

1)- Analogie.

 

2)- Différence de potentiel ou d.d.p.

 

 III- Cas d’un circuit série

1)- Mesure de tensions dans un circuit série.

a)- But : réaliser un montage électrique et mesurer des tensions pour en tirer une loi simple.

b)- Montage :

Réaliser le montage schématisé ci-dessous (interrupteur K ouvert), puis le faire vérifier.

-  Informations :

-  représentation symbolique de l’alimentation ajustable (0 V – 12 V) :

-  P est la borne positive du générateur de tension (alimentation ajustable 0 V – 12 V) :

-  R est un conducteur ohmique de résistance R = 18 Ω et de puissance P = 1 W

K est un interrupteur

L est une lampe : 12 V – 100 mA.

c)- Rappels importants: On veut mesurer la tension UAB :

  Le voltmètre se branche en …………………. ;

la borne ‘’……….‘’ du voltmètre est reliée au premier point figurant

 en indice et la borne ‘’……….‘’ du voltmètre étant reliée au

 deuxième point.

d)- Préparation :

Configurer le multimètre (noir) pour mesurer une tension. Indiquer les étapes suivies :

-  Étape 1 :……………………………………………………………………………………………………………

-  Étape 2 :……………………………………………………………………………………………………………

-  Étape 3 :……………………………………………………………………………………………………………

    Réglage de l’alimentation ajustable :

À l’aide du multimètre ainsi configuré, on propose dans un premier temps de régler la tension de l’alimentation ajustable sur 9 V.

-  Brancher le voltmètre aux bornes de l’alimentation ajustable :

la borne P (borne positive) est reliée à la borne …..du voltmètre et

la borne N (noire du générateur) est reliée à la borne …….. du voltmètre.

-  Ajuster la valeur de la tension sur 9 V (interrupteur ouvert).

e)- Les mesures :

Interrupteur K ouvert (circuit ouvert) : 

À l’aide du voltmètre, mesurer les tensions suivantes et compléter le tableau I en prenant la première ligne comme modèle :

Tension aux bornes du générateur

UPN = 9,0 V

…………………………………………

UCD = …..

…………………………………………

UPA = …..

…………………………………………

UDE = …..

……………………………………………

UAB = …..

……………………………………………

UEF = …..

……………………………………………

UBC =  …..

……………………………………………

UFN = …..

Interrupteur K fermé (circuit fermé) :  À l’aide du voltmètre, mesurer les tensions suivantes et compléter le tableau II en prenant la première ligne comme modèle :

Tension aux bornes du générateur

UPN = 9,0 V

…………………………………………

UCD = …..

…………………………………………

UPA = …..

…………………………………………

UDE = …..

……………………………………………

UAB = …..

……………………………………………

UEF = …..

……………………………………………

 UBC =  …..

……………………………………………

UFN = …..

f)- Conclusions :

  La tension est pratiquement ……  ……………….… aux bornes

 d’un fil de connexion (d’un conducteur).

  Lorsque la tension entre deux points est ……  ……………….… ,

 on dit que ces deux points sont dans le même état électrique ou

qu’ils sont au …………………….…

-  C’est le cas des points …………………………lorsque l’interrupteur

K est ouvert.

-  C’est le cas des points …………………………lorsque l’interrupteur

K est fermé.

  Lorsque la tension entre deux points n’est pas ……  ……………

….… ,on dit que ces deux points ne sont pas dans le même état

 électrique ou qu’ils ne sont pas au ……… …………………..

-  C’est le cas des points …………………………lorsque l’interrupteur

 K est ouvert.

-  C’est le cas des points …………………………lorsque l’interrupteur

K est fermé.

g)- Propriétés de la tension.

►  Propriété 1.

Mesurer les tensions et compléter le tableau :

Circuit ouvert

UAB    

=

…..

UBA

=

…..

Circuit fermé

UCD    

=

…..

UDC

=

…..

 

  La tension est une grandeur  positive, ……………. ou nulle.

La tension est une grandeur…………….

  Propriété 2 :

-  La tension est représentée par un segment fléché placé à côté du circuit :

le talon part du point qui figure en deuxième position en indice et la pointe arrive au premier point situé en indice.

-  Exemple :

Compléter la figure 1 en faisant apparaître UPN, UCD , UEF.

Première loi des tensions.

-  Représenter la portion de circuit CF (qui ne comprend pas de générateur).

 

Représenter les tensions UCF, UCD , UEF. Pourquoi ne demande-t-on pas la tension UDE ?

Mesurer les tensions (circuit fermé) et compléter le tableau suivant :

…………………………………………………

UCF

=

…...

…………………………………………………

UCD

=

…..

…………………………………………………

UEF

=

…..

-  Quelle relation entre ces tensions peut-on écrire au vu des mesures ?

-  Conclure à l’aide d’une phrase :

  La tension ………………………………………
……………………………………………….

h)- Pour aller plus loin :  Notion de potentiel d’un point. Notion de masse.

 Définitions.

-  Un voltmètre ne mesure que la différence de potentiel entre deux points d’un circuit.

Pour connaître le potentiel électrique d’un point d’un circuit, il faut choisir un point du circuit comme référence.

-  On écrit : UAB  = VA – VB :

VA est le potentiel du point A et VB est le potentiel du point B.

L’unité est le volt (V)

-  Si on choisit le point B comme référence, alors VB = 0 V et UAB  = VA – 0  =>  UAB  = VA .

-  Dans ce cas, on dit aussi que le point B du circuit est la masse du montage.

-  Remarque : le point de référence est choisi de façon arbitraire.

Il faut toujours spécifier la masse sur un montage.

-  Symbole de la masse :

i)- Mesure du potentiel d’un point du circuit.

Mesurer les tensions UPN, UCN, UEN, UFN (interrupteur K fermé).

On choisit le point N comme référence, on dit également que N est la masse du montage.

Donner les potentiels des points P, C, E, F et N du circuit.

VP

VC

VE

VF

VN

 

 

 

 

 

-  Lors d’une mesure de tension (différence de potentiel) par rapport à la masse, la borne ‘’……………’’ du voltmètre est reliée à la masse.

La valeur mesurée donne le…………… du premier point en indice.

-  Exercice :

Vérifier les valeurs des potentiels, des points P, C, E, F, N,  à l’aide du tableau II, des propriétés et des lois de la tension.

 

2)- Mesure de l’intensité dans un circuit série.

a)- But : mesurer l’intensité du courant en différents points d’un circuit série.

b)- Montage :

On utilise le même montage de la figure 1.

c)- Préparation :

-  Un ampèremètre se branche en …………….

Il faut respecter les polarités et commencer avec le calibre le plus …………….

La borne (mA ou A) est la borne …………du courant et la borne (COM) est la borne de…………….

Configurer le multimètre (jaune) pour mesurer une intensité inférieure ou égale à 400 mA. Indiquer les étapes suivies :

-  Étape 1 :……………………………………………………………………………………………………………

-  Étape 2 :……………………………………………………………………………………………………………

-  Étape 3 :……………………………………………………………………………………………………………

d)- Les mesures :

Mesure 1

L’ampèremètre est placé entre les points F et N 

I1 = …...

Mesure 2

L’ampèremètre est placé entre les points D et E 

I2 = …...

Mesure 3

L’ampèremètre est placé entre les points B et C 

I3 = …...

Mesure 4

L’ampèremètre est placé entre les points P et A 

I4 = …...

e)- Conclusion :

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

IV- Circuit avec dérivation.

1)- Définitions.

a)- Nœud d’un circuit électrique.

b)- Branche d’un circuit électrique.

 

2)- Mesure de tensions dans un circuit avec dérivation.

a)- Repérer  sur la figure 2 les nœuds et les branches du circuit électrique.

b)- Montage :

Réaliser le montage schématisé ci-dessous (Figure 2) (interrupteur ouvert), puis le faire vérifier.

-  Informations :

P est la borne positive du générateur de tension (alimentation ajustable 0 V – 12 V)

R1 est un conducteur ohmique de protection (18 Ω  - 1 W).

R2 est un conducteur ohmique (33 Ω - 1 W)

K est un interrupteur -  L est une lampe (12 V – 100 mA).

 

Réglage de l’alimentation ajustable :

À l’aide du multimètre noir, on propose dans un premier temps de régler la tension de l’alimentation ajustable sur 6,0 V.

-  Brancher le voltmètre aux bornes de l’alimentation ajustable :

la borne P (borne positive) est reliée à la borne V du voltmètre et

la borne N (noire du générateur) est reliée à la borne COM du voltmètre.

-  Ajuster la valeur de la tension sur 6,0 V  (interrupteur ouvert).

c)- Les mesures :

Interrupteur K fermé (circuit fermé) :

-  À l’aide du voltmètre, mesurer les tensions suivantes et compléter le tableau en prenant la première ligne comme modèle :

Tension aux bornes du générateur

UPN = 6,0 V

…………………………………………

UHI = …..

…………………………………………

UFG = …..

…………………………………………

UEJ = …..

d)- Conclusions :

  La lampe et le conducteur ohmique de résistance R2 sont branchés en …………….

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

3)- Mesure de l’intensité dans un circuit avec dérivation.

a)- Montage :

idem (Figure 2) (interrupteur ouvert).

L’alimentation ajustable est réglée sur 6,0 V (à vérifier avec le voltmètre entre chaque mesure).

b)- Les mesures :

Mesure 1

L’ampèremètre est placé entre les points P et A 

I1 = …...

Mesure 2

L’ampèremètre est placé entre les points E et F 

I2 = …...

Mesure 3

L’ampèremètre est placé entre les points E et H 

I3 = …...

-  En déduire une relation simple entre I1, I2 et I3.

c)- Conclusion :

 L’intensité du courant dans la branche principale est égale

à la …………… des intensités dans les branches dérivées.

Généralisation : loi des nœuds.