TP MPI  N° O7

Associations de

 conducteurs ohmiques

et rôle d’un C.O. :

Enoncé

 

   

 Correction 

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I -Associations de conducteurs

ohmiques .

1)- Introduction.

2)- Association série.

3)- Association en dérivation

ou parallèle.

4)- Compte-rendu.

II - Utilisation d'un conducteur

ohmique dans un circuit.

1)- Activité 1.

2)- Activité 2.

3)- Activité 3.

4)- Activité 4.

III - Pour aller plus loin.

1)- Détermination d'intensité

du coutrant.

2)- Résistance d'un voltmètre.

IV - Rôle d'un conducteur ohmique

à l'aide d'un logiciel de simulation.

1)- Activité 1.

2)- Activité 2.

3)- Activité 3.

 

 

  Matériel :

═► Oscilloscope, G.B.F, une alimentation ajustable continue, 

═► multimètres, conducteurs ohmiques :

═►R18, R33, R47, R180, R470, R2200, R4700, R1000.

═► Plaque, fils, V.D.R, D.E.L (rouge ou verte),

═► ordinateur et Crocodile Clips.

 

 

I- Associations des conducteurs ohmiques.

1)- Introduction.

-  Les conducteurs ohmiques ont des résistances dont les valeurs sont bien déterminées, elles sont normalisées.

-  Lorsqu’on désire une valeur de résistance différente, on peut réaliser une association en série ou en parallèle.

-  On dispose des conducteurs ohmiques suivants :

Notation

Valeur de la résitance

C.O1

R1 = 33 Ω

C.O2

R2 = 47 Ω

C.O3

R3 = 390 Ω

C.O4

R4 = 2200 Ω

C.O5

R5 = 18 Ω

C.O6

R6 = 47 kΩ

2)- Association en série.

a)-  Association de C.O1 et C.O2.

-  Vérifier les valeurs des résistances des C.O1 et C.O2 à l'ohmmètre.

-  Mesurer la valeur de la résistance R de l’association série.

-  En déduire une relation simple entre R1, R2 et R.

Notation

Valeur de

la résitance

Valeur de la mesure

à l’ohmmètre

C.O1

C.O2

Association série

 On ajoute en série le C.O3 avec les deux autres C.O.

-  Que devient la résistance R de l’association des 3 conducteurs ohmiques ?

-  Classer les valeurs des différentes résistances par ordre croissant. Quelle remarque peut-on faire ?

Notation

Valeur de

la résitance

Valeur de la mesure

à l’ohmmètre

C.O1

C.O2

C.O3

Association série


 

b)-  Association de C.O4 et C.O5. Idem.

 On ajoute en série le C.O6 avec les deux autres C.O.

-  Peut-on conclure ?

Notation

Valeur de

la résitance

Valeur de la mesure

à l’ohmmètre

C.O4

C.O5

Association série

3)- Association en dérivation ou parallèle.

a)-  Association de C.O1 et C.O2.

-  Mesurer à l’ohmmètre la valeur de la résistance R’ de l’association.

-  Peut-on donner une relation simple liant R1, R2 et R’ ?

Notation

Valeur de

la résitance

Valeur de la mesure

à l’ohmmètre

C.O1

R1 = 33 Ω

R1 = 32,8 Ω

C.O2

R2 = 47 Ω

R2 = 47,0 Ω

Association en dérivation

Relation simple :

Il n’existe pas de relation simple

R’  = 19,4 Ω

═► Additif :

-  Lorsque les conducteurs ohmiques sont associés en dérivation, la valeur de la résistance de l’association ne peut pas être obtenue facilement. 

-  On définit une nouvelle grandeur physique, la conductance notée G :

-  

-  Calculer la conductance de chaque C.O.

-  Calculer la conductance de l’association à partir de la mesure R’.

-  En déduire une relation simple entre les conductances.

Notation

Valeur de la mesure

à l’ohmmètre

Conductance G

C.O1

C.O2

Association

en dérivation


 

 On ajoute en dérivation le C.O3 avec les deux autres C.O.

-  Calculer la conductance de l’association.

-  En déduire la valeur de la résistance de l’association.

-  Classer les valeurs des différentes résistances par ordre croissant. Quelle remarque peut-on faire ?

-  Mesurer la valeur de la résistance de l’association à l’ohmmètre. Comparer.

Notation

Valeur de la mesure

à l’ohmmètre

Conductance G

C.O1

C.O2

C.O3

Association

en dérivation

Valeur de la résistance déduite de la conductance :




b)-  Association de C.O4 et C.O5. Idem.

 On ajoute en dérivation le C.O6 avec les deux autres C.O.

-  Peut-on conclure ?

Notation

Valeur de

la résitance

Valeur

de la mesure

à l’ohmmètre

C.O4

C.O5

Association

série




4)- Compte – rendu :

-   Faire la synthèse des différentes lois des associations.        

II- Utilisation d’un conducteur ohmique dans un circuit.

1)- Activité 1.

a)- Montage.

Réaliser le montage suivant :

 Le générateur de tension : alimentation ajustable ( 0 –12 V) que l’on règle sur 5 V à l’aide d’un voltmètre.

 La  D.E.L : diode électroluminescente (verte ou rouge) dont l’intensité maximale est I max < 30 mA.

 Question :

-  Comment connaître  la valeur de l’intensité du courant électrique dans le circuit en utilisant un seul voltmètre ?

 Vérification :

-  Vérifier la valeur de l’intensité du courant dans le circuit à l’aide d’un ampèremètre.

b)-  Compte – rendu de l’activité 1 :

-  Proposer un protocole permettant de déterminer la valeur de l’intensité du courant électrique dans un circuit.

-  Représenter  le schéma électrique avec les appareils de mesure nécessaires.

-  Préciser les connexions et les valeurs des différentes mesures effectuées.

-  Indiquer les calibres utilisés.

-  La valeur de l’intensité lue est-elle en accord avec la valeur obtenue à l’aide du voltmètre ? Commenter.

2)- Activité 2.

a)-  Additif :

-  La loi d’Ohm est encore valable avec des courants variables.

-  Il est donc possible d’utiliser un conducteur ohmique comme capteur d’intensité de courant électrique dans un montage alimenté par un générateur de tension variable.

b)-  Montage.

  Réaliser le montage suivant :

c)-  Connexions :

-  Connecter la voie N° 1 de l’oscilloscope aux bornes du G.B.F et la voie N° 2 de l’oscilloscope aux bornes du conducteur ohmique de résistance R.

d)-  Réglages préliminaires :

 Allumer le G.B.F :

-  Régler la fréquence sur 1000 Hz

-  Placer le sélecteur d’amplitude sur la valeur 1 et le bouton de réglage de l’amplitude du signal aux ¾ de la graduation.

-  Sélectionner le signal sinusoïdal sur le G.B.F.

 Régler l’oscilloscope de manière à obtenir un oscillogramme exploitable.

e)-  Mesures  et compte – rendu :

-  Pour effectuer les mesures, il faut ajuster la valeur de l’amplitude du G.B.F

-  Régler le G.B.F afin qu’il fournisse une tension sinusoïdale d’amplitude Um = 3 V et de fréquence f = 1000 Hz.

Faire le schéma du circuit électrique en indiquant les différentes connexions.

-  Représenter l’oscillogramme obtenu en repérant la tension aux bornes du G.B.F et la tension aux bornes du conducteur ohmique.

-  En déduire les caractéristiques de l’intensité du courant dans le circuit (fréquence, période,..).

 

-  Entre quelles valeurs extrêmes l’intensité du courant dans le circuit varie-t-elle ? Donner l’amplitude I m du courant électrique dans le circuit.

-  Donner la valeur de l’intensité efficace I dans le circuit sachant que .

-  Vérifier cette valeur à l’aide d’un ampèremètre. Conclusion.

3)- Activité 3.

a)-  Tracé de la caractéristique d’un dipôle à l’aide d’un oscilloscope.

-  Un oscilloscope possède le mode X Y qui permet de combiner les voies N° 1 et N° 2 de l’oscilloscope. 

-  Ce mode permet de visualiser les variations de la tension appliquée à la voie N° 2 en fonction de celle appliquée à la voie N° 1.

 

 

-  Ce mode permet de visualiser la caractéristique d’un dipôle ( à une constante près).

-  Le but de la manipulation est de visualiser la caractéristique intensité – tension d’un dipôle. 

-  Dans un premier temps le dipôle étudié est un conducteur ohmique de résistance RD = 180 Ω.

b)-  Montage.

Réaliser le montage suivant :

c)-  Connexions :

-  Connecter le circuit à l’oscilloscope afin de visualiser les variations de la tension  uPA  à la voie N° 1 et les variations de la tension uBA  à la voie N° 2.

d)-  Réglages préliminaires :

Allumer le G.B.F :

-  Régler la fréquence sur 1000 Hz

-  Placer le sélecteur d’amplitude sur la valeur 1 et le bouton de réglage de l’amplitude du signal aux ¾ de la graduation.

-  Sélectionner le signal sinusoïdal sur le G.B.F.

Régler l’oscilloscope de manière à obtenir un oscillogramme exploitable.

-  Comment faire pour visualiser les variations de la tension uAB  à la voie N° 2 ?

-  Passer en mode X Y et affiner les réglages.

e)-  Compte – rendu de l’activité 3 :

Faire le schéma du circuit électrique en indiquant les différentes connexions.

-  Que représente l’oscillogramme obtenu (à une constante près)? Faire le schéma de l’oscillogramme obtenu.

-  Que peut-on en déduire ? à partir de l’oscillogramme, retrouver la valeur de la résistance RD du dipôle.

-  Quel est le rôle du conducteur ohmique de résistance R dans ce circuit ?

4)- Activité 4 :

-   Proposer un protocole permettant de visualiser la caractéristique intensité – tension d’un conducteur ohmique.

-   Comment faut-il procéder pour retrouver la valeur de la résistance R du conducteur ohmique à l’aide de l’oscillogramme obtenu ?

III- Pour aller plus loin.

1)- Détermination d’intensité du courant.

-  On considère le montage suivant :  R1 =  1,0 kΩ, R2 = 470 Ω,  R3 = 330 Ω et R4 = 220 Ω.

-  Afin de calculer l’intensité I1 du courant dans la branche contenant le générateur,

on désire connaître la résistance Re de l’association des quatre conducteurs ohmiques R1, R2, R3 et R4.

a)- Nommer les différentes branches de ce montage, ainsi que les nœuds électriques.

b)- Recherche de la valeur de la résistance Re de l’association des quatre conducteurs ohmiques R1, R2, R3 et R4.

-  Première étape : Calculer la valeur de la résistance Re1 de l’association de R3 et R4. Justifier la réponse.

-  Deuxième étape : Calculer la valeur de la résistance Re2 de l’association de Re1 et R2. Justifier la réponse.

-  Troisième étape : Calculer la valeur de la résistance Re de l’association de Re2 et R1. Justifier la réponse.

-  Remarque : pour chaque étape représenter le schéma du montage équivalent et préciser le type d’association.

-  Montage 1 :  Association série

-  Montage 2 : association en dérivation

-  Montage 3 :

c)- Faire le schéma du montage équivalent comprenant le générateur et le conducteur ohmique de résistance Re.

-  Représenter le sens du courant I1 dans le circuit par une flèche.

d)- Calculer la valeur de l’intensité I1 du courant électrique circulant dans la branche contenant le générateur.

e)- Calculer la valeur de la tension UPA . Représenter cette tension par un segment fléché.

-  Valeur de la tension UPA .

f)-  Calculer la valeur de la tension UAB . Représenter cette tension par un segment fléché.

g)- Calculer la valeur de l’intensité I2 du courant électrique circulant dans la branche contenant le conducteur ohmique de résistance R2.

-  Représenter le sens du courant I2 dans le circuit par une flèche.

h)- Calculer la valeur de l’intensité I3 du courant électrique circulant dans la branche contenant les conducteurs ohmiques de résistance R3 et R4.

Représenter le sens du courant I3 dans le circuit par une flèche.

i)-  Contrôler les différentes valeurs trouvées à l’aide du logiciel Crocodile Clips.

2)- Résistance d’un voltmètre.

-  On réalise le montage suivant :

a)- Calculer la valeur de l’intensité I1 du courant électrique circulant dans l’ampèremètre en supposant négligeable l’intensité du courant dérivé dans le voltmètre. On suppose aussi que la résistance de l’ampèremètre est négligeable devant La résistance R du conducteur ohmique.

b)- Sélectionner la bonne réponse parmi celles proposées ci-dessous.

Le courant qui circule dans la branche contenant le voltmètre est pratiquement nulle car :

-  La résistance interne r du voltmètre est très faible.

-  La résistance interne r du voltmètre est très grande.

c)-  La notice indique que la résistance interne du voltmètre est r = 107  Ω.  Calculer la valeur de la résistance Re de l’association de R et r.

d)-  Calculer la valeur de l’intensité I du courant qui circule réellement dans l’ampèremètre.

e)-  Calculer la valeur de l’intensité IV du courant qui circule dans le voltmètre.

f)-   Calculer la valeur de l’intensité IR du courant qui circule le conducteur ohmique de résistance R.

g)-  Comparer  les valeurs de IR, I V et I. Peut-on négliger l’intensité du courant qui traverse le voltmètre ?

h)-  Contrôler les différentes valeurs trouvées à l’aide du logiciel Crocodile Clips.

IV- Rôle d’un conducteur ohmique à l’aide d’un logiciel de simulation. (si le temps le permet)

1)- Activité 1.

Réaliser le montage suivant :

 Mesurer l’intensité du courant qui traverse la diode :

Placer un voltmètre aux bornes du conducteur ohmique.

 Quelles sont les remarques que l’on peut faire ?

Ouvrir le circuit et changer la valeur de la résistance

du conducteur ohmique : prendre R = 500 Ω.

Quelles sont les remarques que l’on peut faire ?

Ouvrir le circuit et changer la valeur de la résistance

du conducteur ohmique : prendre R = 250 Ω.

Quel est le rôle du C.O dans ce montage ?

La place du conducteur ohmique a-t-elle une importance ?

Conclusion : un conducteur ohmique peut servir à  

 

2)- Activité 2.

Réaliser le montage suivant :

Comment mesurer l’intensité du courant qui traverse

le moteur avec le seul voltmètre ?

Justifier votre raisonnement.

 

Valeur déduite de l’utilisation du voltmètre : I =

 

Vérifier cette valeur à l’aide d’un ampèremètre

 

Conclusion : un conducteur ohmique peut servir à

 

3)- Activité 3.

a)-  Pour aller plus loin.

-  Le logiciel de simulation intègre un oscilloscope.

-  Il faut dans ce cas placer des sondes dans le circuit.

-  On dispose de quatre sondes : la bleue, la rouge, la rose et la verte.

-  Une sonde mesure la différence de potentiel entre le point du circuit où elle est placée et le point où est situé la masse du circuit.

-  Les différents composants du circuit :

Le générateur de tension sinusoïdale : G.B.F

 

 

Voie N° 1 de l’oscilloscope, sonde rouge

    sonde rouge

Voie N° 2 de l’oscilloscope, sonde bleue

    sonde bleue

Référence commune des tensions visualisées :

 Masse du circuit

Modification de la représentation graphique :

b)-  Rôle du conducteur ohmique.

Réaliser le montage suivant :

 

 

Observer l’éclat de la diode au cours du temps.

Noter les observations.

Que représente la courbe bleue ?

Que représente la courbe rouge ?

Quelles remarques peut-on faire ?

Entre quelles valeurs varie la tension

aux bornes du générateur ?

Entre quelles valeurs varie l’intensité du

courant dans le circuit ?

Que peut-on dire du signe de l’intensité dans le circuit ?

Remplacer la D.E.L par une lampe à filament (0,5 W).

Quelles remarques peut-on faire ?

 

    Conclusion :

 

 

 

On remplace la D.E.L par une lampe à filament (0,5 W).

Quelles remarques peut-on faire ?

Que faut-il faire pour que la lampe brille ?

  Conclusion :

 

 

On peut diminuer la valeur de la résistance

du conducteur ohmique.

On peut prendre = 50 Ω et comme amplitude

de la tension aux bornes du générateur

Um = 10 V.

 

 

 

-  Régler la fréquence du générateur sur 50 Hz.

-  Remarque ?