Cahier de TP Collège Électricité « Corrigé

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0.2

1

Cahier de TP Collège Électricité « Corrigé »

MD02720

Préface des auteurs. Ce fascicule de TP de Sciences Physiques en classe de collège a pour objet de traiter les leçons d’électricité nécessitant impérativement une démarche expérimentale. Le fascicule est associé à un coffret pédagogique qui permet à l’élève de réaliser en toute autonomie la phase expérimentale de la leçon. Nous espérons que ce cahier de travail donnera une impulsion nouvelle à l’enseignement des sciences physiques dans nos classes.

Thèmes traités. Le circuit électrique ........................................................................................................................ 2 Le sens du courant .......................................................................................................................... 5 Association de dipôles .................................................................................................................... 7 Le court-circuit ............................................................................................................................... 9

L’intensité du courant ..................................................................................................................... 11 La tension électrique ....................................................................................................................... 17 Influence d’une résistance dans un circuit ...................................................................................... 21 Loi d’Ohm....................................................................................................................................... 23 Notion de puissance ........................................................................................................................ 26 Le courant alternatif sinusoïdal....................................................................................................... 31 Mesures en courant alternatif sinusoïdal......................................................................................... 35 Étude d’un transformateur .............................................................................................................. 40 Redressement et filtrage d’un courant alternatif sinusoïdal............................................................ 42

Détail du coffret électricité MD02720. 1. Interrupteur. 2. Support pour lampes. 3. Lampes 6,5 V - 100 mA (3). 4. Fils de connexion (10). 5. Pinces crocodile (4). 6. Boîte de résistances à mesurer.

7. Diodes sur boîtier. 8. Potentiomètre. 9. Lampe 6 V - 6 W. 10. Transformateur. 11. Pont de diodes. 12. Condensateur.

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0.2

2

LE CIRCUIT ÉLECTRIQUE.

J’ai besoin de : 1. Interrupteur. 2. Support pour lampes. 3. Lampe 6,5 V - 100 mA. 4. Fils de connexion (3).

J’utilise le coffret électricité : 5. Pinces crocodile (4). * Pile plate 4,5 V.

Étude expérimentale.

Je dois réaliser :

+ -

4 Lampe

Pile (générateur)

Interrupteur

1. Je fixe la pince crocodile rouge au pôle + de la pile, puis la pince crocodile noire au pôle –.

2. Je place l’interrupteur sur la position «ouvert».

3. A l’aide d’un fil de connexion rouge je relie le pôle + de la pile à une borne de l’interrupteur.

4. A l’aide d’un fil de connexion noir je relie l’autre borne de l’interrupteur à une borne de la lampe.

5. A l’aide d’un fil de connexion noir je relie l’autre borne de la lampe au pôle - de la pile (voir fig. 1)

6. Je ferme l’interrupteur. J’observe la lampe. Et je fais la constatation suivante : la lampe éclaire.

7. J’ouvre l’interrupteur. J’observe la lampe. Et je fais la constatation suivante : la lampe n’éclaire plus.

J’ai réalisé un circuit électrique.

Lorsque la lampe éclaire, un courant électrique circule dans le circuit. Ce courant électrique est généré par la pile : la pile est un générateur.

Figure 1

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0.2

3

Générateur Interrupteur Lampe

Symbole ouvert Fermé

8. En utilisant les symboles représentés dans le tableau 1, je réalise le schéma du circuit électrique en complétant la figure 2. Remarque : le circuit est ouvert.

9. Je débranche l’interrupteur du montage de la figure 1.

10. Je fixe deux pinces crocodile à l’extrémité des deux fils de connexion.

11. Je place une règle en plastique entre les deux pinces crocodile (voir figure 3).

Figure 2

+ - Figure 3

règle

J’observe la lampe et je fais la constatation suivante : la lampe n’éclaire pas. La matière plastique ne laisse pas passer le courant ; la matière plastique est un isolant.

12. Je remplace la règle en plastique par une règle en aluminium.

J’observe la lampe et je fais la constatation suivante : la lampe éclaire. L’aluminium laisse passer le courant ; l’aluminium est un conducteur.

+ -

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0.2

4

En respectant le même protocole, je teste d’autres matériaux et indique les résultats dans le tableau

Matériau Isolant Conducteur

Plastique X

Aluminium X

Bois X

Papier X

Caoutchouc X

Fer (clou) X

Tableau 2

A retenir : Un circuit électrique est schématisé à l’aide de symboles. Un matériau isolant ne laisse pas passer le courant électrique. Un matériau conducteur laisse passer le courant électrique.

14. Je retire les pinces crocodile puis je range le matériel avec soin.

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0.2

5

LE SENS DU COURANT.

J’ai besoin de : 1. Interrupteur. 4. Fils de connexion (4). 5. Pinces crocodile (1 rouge, 1 noire). 6. Résistor R3.

J’utilise le coffret électricité : 7. Diodes (DEL) sur boîtier. * Pile 4,5 V.


Je dois réaliser :

+ -

Interrupteur rouge Diodes sur boîtier

verte Résistor R3

Pile (générateur)

Figure 1

1. Je place l’interrupteur sur la position «ouvert».

2. Je fixe la pince crocodile rouge au pôle + de la pile, puis la pince crocodile noire au pôle –.

3. Je réalise le montage de la figure 1.

Schéma du montage de la figure 1.

4

+ -

6 verte

7 rouge 4

1

Figure 2

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0.2

Symbole de la diode électroluminescente (DEL) :

A B Figure 3

Remarque : La diode ne laisse passer le courant que dans un seul sens (de A vers B, voir figure 3). 4. Je fais les constatations suivantes :

La diode rouge éclaire. La diode verte n’éclaire pas

5. A l’aide d’un crayon de couleur rouge, je trace sur la figure 2, en partant du pôle + du

générateur, le chemin suivi par le courant.

6. J’ouvre l’interrupteur.

7. J’inverse les branchements aux bornes du générateur en plaçant la pince crocodile rouge au pôle - et la pince crocodile noire au pôle + (voir figure 2).

+ -

6

verte

7 rouge

4

1

Figure 4

8. Je ferme l’interrupteur.

Je fais les constatations suivantes : La diode rouge n’éclaire pas La diode verte éclaire

9. A l’aide d’un crayon de couleur verte, je trace sur la figure 4, en partant du pôle + du

générateur, le chemin suivi par le courant. 10. J’ouvre l’interrupteur.

A retenir : Dans un circuit électrique, le courant sort par la borne + du générateur et entre par sa borne -.

11. Je range le matériel avec soin.

6

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0.2 + -

7

ASSOCIATION DE DIPÔLES.

J’ai besoin de : 2. Support pour lampes. 3. Lampes 6,5 V - 100 mA (3). 4. Fils de connexion (6).

J’utilise le coffret électricité : * Générateur courant continu 6 V.

Étude expérimentale n°1.

Je dois réaliser :

6 V

+ -

L1 L2 L3

Figure 1

2 4 Générateur

9. Je débranche les fils de connexion.

1. Je relie l’alimentation courant continu 6 V au réseau.

2. Je visse les trois lampes sur le support.

3. Je relie le pôle + du générateur à la borne rouge de la lampe L1, puis la borne noire de la lampe L1 à la borne rouge de la lampe L2 et enfin la borne noire de la lampe L2 à la borne rouge de la lampe L3. Je relie ensuite la borne noire de la lampe L3 au pôle - du générateur (voir figure 1).

4. Je mets en marche l’alimentation.

5. J’observe l’éclat des 3 lampes et je fais la constatation suivante : les lampes éclairent faiblement

6. Je dévisse une des lampes et je fais la constatation suivante : les autres lampes n’éclairent plus Je viens de réaliser un montage de 3 lampes en série.

7. Je coupe l’alimentation.

8. Sur la figure 3 je complète le schéma circuit.

Figure 3

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0.2

8


Je dois réaliser :

6 V

+ -

L1 L2 L3

4

2

Générateur

1. Je relie la borne rouge de L1 à la borne rouge de L2 puis la borne rouge de L2 à la borne rouge de L3.

2. En procédant de la même manière, je relie les bornes noires des 3 lampes.

3. Je relie le pôle + du générateur à la borne rouge de la lampe L1 puis le pôle - du générateur à la borne noire de la lampe L1 (voir figure 4).

4. Je mets en marche le générateur.

5. J’observe l’éclat des 3 lampes et je fais la constatation suivante : les 3 lampes éclairent normalement.

6. Je dévisse une des 3 lampes et je fais la constatation suivante : les autres lampes fonctionnent normalement.


8. Sur la figure 5 je complète le schéma du circuit.

9. Je débranche chaque appareil puis je range le matériel avec soin.

A retenir : Dans un circuit comportant des lampes associées en série ; si je débranche l’une d’entre elles, les autres ne fonctionnent plus. Dans un circuit comportant des lampes associés en dérivation ; si je débranche l’une d’entre elles, les autres fonctionnent normalement.

+ - L1

Figure 5

L2 L3

+ -

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0.2

9

LE COURT-CIRCUIT.

J’ai besoin de : 1. Interrupteur. 2. Support pour lampes. 3. Lampes 6,5 V - 100 mA (2). 4. Fils de connexion (6). 6. Résistor R3.

J’utilise le coffret électricité : * Générateur courant continu 6 V.


Je dois réaliser :

+ -

1

3 4

6

Figure 1





5. J’observe l’éclat des deux lampes et je fais la constatation suivante : les deux lampes éclairent faiblement.

6. Je branche un fil de connexion en dérivation aux bornes de la lampe L1 (voir figure 2).

L1 L2

4

Figure 2

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0.2

10

7. J’observe l’éclat des deux lampes et je fais les constatations suivantes : Lampe L1 elle n’éclaire plus. Lampe L2 son éclat augmente. J’ai mis la lampe L1 en court-circuit.

8. Je débranche le fil de connexion placé aux bornes de la lampe L1 puis je le branche aux bornes de la lampe L2.

9. J’observe les deux lampes et je fais les constatations suivantes : Lampe L1 : son éclat augmente. Lampe L2 : elle n’éclaire plus.

A retenir : Dans un circuit, un fil de connexion placé en dérivation aux bornes d’une lampe met cette lampe en court-circuit.




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0.2

+ -

11

L’INTENSITÉ DU COURANT.


6. Résistor R3. * Alimentation courant continu 6 V. * Multimètre.


Je dois réaliser :

A

3 4 6

1

Figure 1


2. Je relie le pôle + du générateur à l’interrupteur qui est en position «ouvert».

3. Je relie l’interrupteur à la lampe, puis la lampe au résistor R3.

4. Je relie le résistor à la borne mA de l’ampèremètre, puis la borne «COM» de l’ampèremètre au pôle - du générateur (voir figure 1).

5. Je place le commutateur du multimètre sur la fonction DC (courant continu) calibre 200 mA.



8. Je relève sur l’ampèremètre, la valeur de l’intensité du courant qui traverse la lampe (au mA près).

I1 = 69 mA 9. J’observe la lampe, je constate que son éclat est : faible.

10. Je branche un fil de connexion en dérivation aux bornes du résistor en observant l’éclat de la lampe.

+

-

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0.2

12

Je constate que son éclat augmente. Remarque : dans cette opération j’ai mis le résistor en court-circuit 11. Je relève sur l’ampèremètre, la valeur de l’intensité du courant qui traverse la lampe (au mA

près). I2 = 92 mA.

12. Je compare I1 et I2 : I1 < I2

Lorsque l’intensité du courant qui traverse la lampe augmente, son éclat augmente


14. Je place le commutateur du multimètre sur la position «arrêt».


16. Je débranche chaque appareil.

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0.2

+ -

13

J’ai besoin de : 1. Interrupteur. 2. Support pour lampes. 3. Lampes 6,5 V - 100 mA (2). 4. Fils de connexion (5).

J’utilise le coffret électricité : * Alimentation courant continu 6 V. * Multimètre.

Étude expérimentale n°2 : intensité dans un circuit en série.

Je dois réaliser :

1. Je relie le pôle + du générateur à la borne mA de l’ampèremètre, puis la borne COM de l’ampèremètre à une borne de l’interrupteur.

2. Je réalise le montage de la Figure 2 ; l’interrupteur est ouvert.

3. Je place le commutateur du multimètre sur la fonction DC calibre 200 mA.



6. Je relève la valeur indiquée par l’ampèremètre (au mA près). I1 = 67 mA


8. Je place le commutateur du multimètre sur la position arrêt.


10. Je débranche l’ampèremètre et le positionne entre les deux lampes en respectant les polarités. (voir fig 3).

1

3 4

Figure 2 A + -

A

+ - Figure 3

+ -

ND

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0.2

-

14




14. Je relève la valeur indiquée par l’ampèremètre (au mA près). I2 = 67 mA.




18. Je débranche l’ampèremètre et le positionne comme l’indique la figure 4, en respectant les polarités.

+ -

A

Figure 4

+




22. Je relève la valeur indiquée sur l’ampèremètre (au mA près). I3 = 67 mA.




26. Je compare I1 ; I2 et I3.

Aux erreurs d’expérience près, je constate que : I1 = I2 = I3.

A retenir : L’intensité est la même en tout point d’un circuit en série.


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0.2

15



Étude expérimentale n°3 : intensité dans un circuit avec dérivation.

Je dois réaliser :

-

- + I1

I2

L1 L2

I

Dérivations

Branche principale

+

Figure 5

1. Je relie le pôle + du générateur à l’interrupteur ; l’interrupteur à la borne mA de l’ampèremètre, puis la borne COM de l’ampèremètre à une borne de la lampe L1 ; je relie ensuite l’autre borne de la lampe L1 au pôle - du générateur.

2. A l’aide de deux fils de connexion, je branche la lampe L2 en dérivation aux bornes de la lampe L1 (voir figure 5) l’interrupteur est ouvert.




6. Je relève la valeur indiquée par l’ampèremètre (à 0,1 mA près), l’intensité du courant dans la branche principale est I = 194,2 mA.



9. Je déplace l’ampèremètre en respectant les polarités de façon à mesurer l’intensité I1 du courant qui traverse la lampe L1 (la position de l’ampèremètre est repérée en pointillés sur la figure 5).



12. Je relève la valeur indiquée par l’ampèremètre (à 0,1 mA près).

A

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0.2

16

L’intensité du courant qui traverse la lampe L1 est : I1 = 94,7 mA. 13. J’ouvre l’interrupteur.


15. Je déplace l’ampèremètre en respectant les polarités de façon à mesurer l’intensité I2 du courant qui traverse la lampe L2 (voir figure 5). Je respecte les polarités.



18. Je relève la valeur indiquée par l’ampèremètre (à 0,1 mA près). L’intensité du courant qui traverse la lampe L2 est : I2 = 100,1 mA




22. Je calcule I1 + I2 : I1 + I2 = 194,8 mA

23. Je compare I à I1 + I2 : Ces deux valeurs sont pratiquement les mêmes Aux erreurs d’expérience près je constate que :

I1 = I1 + I2

A retenir : L’intensité du courant principal est égale à la somme des intensités des courants dérivés.

24. Je débranche chaque appareil et je range le matériel avec soin.

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0.2

17

LA TENSION ÉLECTRIQUE.




Je dois réaliser :

+ -

1

3 4

Figure 1

L1 L2


2. Je place le commutateur du multimètre sur la fonction DC calibre 20 V.


4. Je relie la borne V du voltmètre au pôle + du générateur, puis la borne COM du voltmètre au pôle - du générateur.

5. Je relève sur le voltmètre, la valeur de la tension aux bornes du générateur (à 0,1 V près). U = 6,0 V.



8. Je débranche le multimètre.

9. Je réalise le montage de la figure 1, l’interrupteur est ouvert.




-

+ -

ND

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0.2

+ -

V

V

V

18

L1

Figure 2

13. Je place le voltmètre en dérivation aux bornes de la lampe L1 (voir figure 2), en respectant les polarités.

14. Je relève sur le voltmètre la valeur de la tension aux bornes de la lampe L1 (à 0,01 V près).

U1 = 3,16 V.

15. Je débranche le voltmètre puis je le place en dérivation aux bornes de la lampe L2 (voir figure 3), en respectant les polarités.

16. Je relève sur le voltmètre, la valeur de la tension aux bornes de la lampe L2 (à 0,01 V près).

U2 = 2,84 V.

17. Je débranche le voltmètre puis je le place en dérivation aux bornes de l’ensemble des deux lampes L1 ; L2 (voir figure 4), en respectant les polarités.

L2

Figure 3

+

L1 L2

Figure 4

18. Je relève sur le voltmètre, la valeur de la tension aux bornes des deux lampes (à 0,01 V près). U = 6,01 V.




22. Je calcule U1 + U2 (à 0,01 V près). U1 + U2 = 6,00 V.

23. Je compare U à U1 + U2 : Ces deux valeurs sont pratiquement les mêmes Aux erreurs d’expérience près je constate que : U = U1 + U2

A retenir : La tension aux bornes de dipôles associés en série est égale à la somme des tensions aux bornes de chaque dipôle.


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0.2

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Étude expérimentale n°2 : tension dans un circuit avec dérivation.

Je dois réaliser :

-

I1 I2

L1 L2

I

Dérivations

Branche principale

+

Figure 5

1

1. Je relie le pôle + du générateur à l’interrupteur, puis l’interrupteur à une borne de la lampe L1 ; je relie ensuite l’autre borne de la lampe L1 au pôle - du générateur.

2. Je place la lampe L2 en dérivation aux bornes de la lampe L1 (voir figure 5). L’interrupteur est ouvert.




6. Je place le voltmètre en dérivation aux bornes de la lampe L1.

7. Je relève sur le voltmètre, la valeur de la tension aux bornes de la lampe L1 (à 0,01 V près). U1 = 5,99 V.

8. Je débranche le voltmètre puis je le place en dérivation aux bornes de la lampe L2.

9. Je relève sur le voltmètre, la valeur de la tension aux bornes de la lampe L2 (à 0,01 V près). U2 = 5,99 V.



12. Je compare U1 et U2. U1 = 5,99 U2 = 5,99 Aux erreurs d’expérience près, je constate que : U1 = U2

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0.2

20


A retenir : Les tensions aux bornes de dipôles associés en dérivation sont égales.


ND

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0.2

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INFLUENCE D’UNE RÉSISTANCE DANS UN CIRCUIT.


J’utilise le coffret électricité : 6. Boîte de résistances à mesurer. * Alimentation courant continu 6 V. * Multimètre.


Je dois réaliser :

+

- - A

3

6 4 1

R2

+

- A


2. Je réalise le montage de la figure 1, l’interrupteur est ouvert, j’utilise le résistor R2 du boîtier de résistors. Le sélecteur de l’ampèremètre est sur la position DC calibre 200 mA.



5. Je relève la valeur de l’intensité indiquée par l’ampèremètre (au mA près). I = 84 mA.

6. Je branche un fil de connexion en dérivation aux bornes du résistor R2 (voir figure 2) en observant l’éclat de la lampe. Je fais la constatation suivante : l’éclat de la lampe augmente. Remarque : j’ai mis le résistor en court-circuit.

7. Je relève la valeur de l’intensité indiquée par l’ampèremètre (au mA près). I1 = 95 mA

8. Je compare I1 à I : I1 > I .

Figure 1 Figure 2

A Dans cette expérience j’ai diminué la résistance du circuit, cela a eu pour effet d’augmenter l’intensité du courant.

- + +

ND

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0.2

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9. Je débranche le fil de connexion placé aux bornes du résistor R2.

10. Je remplace le résistor R2 (15 Ω) par le résistor R3 (40 Ω) en observant l’éclat de la lampe. Je fais la constatation suivante : l’éclat de la lampe diminue.

11. Je relève la valeur de l’intensité indiquée par l’ampèremètre (au mA près). I2 = 68 mA.

12. Je compare I2 à I1 I2 < I1

A retenir :

Dans un circuit électrique si on diminue la valeur de la résistance, l’intensité du courant augmente. Si on augmente la valeur de la résistance, l’intensité du courant diminue.

A

B Dans cette expérience j’ai augmenté la résistance du circuit ; cela a eu pour effet de diminuer l’intensité du courant.

B


14. Je place le commutateur de l’ampèremètre sur la position arrêt.


16. Je débranche chaque appareil, puis je range le matériel avec soin.

ND

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0.2

23

LOI D’OHM.

J’ai besoin de : 1. Interrupteur. 4. Fils de connexion (7). 6. Boîte de résistances à mesurer.

J’utilise le coffret électricité : 8. Potentiomètre 470 Ω. * Alimentation courant continu 6 V. * Multimètres (2).


Je dois réaliser :

- +

R3

-

+

- + A

V 6

4

1

8

1. Je relie la borne + du générateur à une borne de l’interrupteur, puis l’autre borne de l’interrupteur à la borne rouge du potentiomètre. Je relie ensuite la borne jaune du potentiomètre à la borne mA de l’ampèremètre, puis la borne - de l’ampèremètre à une borne du résistor R3 ; je relie ensuite l’autre borne du résistor à la borne - du générateur (voir figure 1) l’interrupteur est ouvert.

2. Je place le voltmètre en dérivation aux bornes du résistor R3 en respectant les polarités (voir figure 1).


4. Je place le sélecteur de l’ampèremètre sur la fonction DC calibre 200 mA puis celui du voltmètre sur la fonction DC calibre 20 V.



7. Je fais varier très doucement l’intensité à l’aide du bouton du potentiomètre en observant l’ampèremètre et j’affiche la valeur 30 mA.

8. Je relève sur le voltmètre, la valeur de la tension (à 0,01 V près) puis je reporte cette valeur dans le tableau. Je fais de même pour les autres valeurs de I indiquées dans le tableau.

Figure 1

ND

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0.2

24

I (mA) 30 40 50 60 70

I (A) 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07

U (V) 1,16 1,54 1,93 2,32 2,70

38,7 38,5 38,6 38,7 38,6 (A) I(V) U


10. Je place les commutateurs des multimètres sur la position arrêt.



13. Je complète la deuxième ligne du tableau (I (A)).

14. Je calcule les rapports puis reporte les valeurs dans le tableau (à 0,1 près).

Aux erreurs d’expérience près, je constate que est un rapport constant

U et I sont des grandeurs proportionnelles

15. Je calcule la valeur moyenne de ce rapport (à 0,1 près).

16. Le rapport constant est la résistance du résistor.

L’unité de résistance est l’Ohm (symbole Ω).

Symbole de la résistance : R.

On peut donc écrire : ou encore U = R.I.

Ici R3 = 38,6 Ω

I U

IU

I U

A retenir : Loi d’Ohm : la tension aux bornes d’un résistor est égale au produit de sa résistance par l’intensité du courant qui le traverse.

U = R.I

(V) (A) (Ω)

17. On peut mesurer directement la résistance d’un résistor à l’aide d’un multimètre branché en Ohmmètre.

I U

U I

= 38,7 + 38,5 + 38,6 + 38,7 + 38,6

5 = 38,6

= R

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0.2

V (Ω) COM

25

a) Je place le sélecteur du multimètre sur le calibre 200 Ω.

b) Je relie le multimètre aux bornes du résistor R3 (voir figure 2).

c) Je relève sur le multimètre la valeur de la résistance. Je lis R = 39 Ω.

d) Je place le commutateur du multimètre sur la position arrêt.

e) Je compare cette valeur à celle trouvée précédemment au 16.

6

Figure 2


R3

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0.2

26

NOTION DE PUISSANCE.

J’ai besoin de : 1. Interrupteur. 2. Support pour lampes. 4. Fils de connexion (6). 6. Boîte de résistances à mesurer.

J’utilise le coffret électricité : 9. Lampe 6 V - 6 W. * Alimentation courant continu 6 V. * Multimètres (2).


Je dois réaliser :

-

+

+ - -

+ V

A

4 9

1

Figure 1

1. Je monte la lampe sur son support.


3. Je réalise le montage de la figure 1 en respectant les polarités. J’utilise la borne 20 A de l’ampèremètre. L’interrupteur est ouvert.

4. Je place le commutateur de l’ampèremètre sur la fonction DC calibre 20 A et celui du voltmètre sur la fonction DC calibre 20 V.



7. Je relève sur le voltmètre, la valeur de la tension (à 0,1 V près) puis sur l’ampèremètre la valeur de l’intensité (à 0,1 A près).

U = 5,8 V I = 1,0 A.




11. Je calcule le produit U.I à 0,1 près. U.I = 5,8

12. Je dévisse la lampe et je lis les indications figurant sur le culot. J’indique ces valeurs 6 V - 6W

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0.2

27

La première indication 6 V donne la tension qu’il faut appliquer aux bornes de la lampe pour obtenir son fonctionnement normal. C’est la tension nominale. La deuxième indication 6 W donne la puissance absorbée par la lampe lorsqu’elle est soumise à la tension nominale. C’est la puissance nominale. 13. Je compare le produit U.I à la puissance nominale de la lampe. Aux erreurs d’expérience près je

constate que : Le produit UI est pratiquement égal à la puissance nominale de la lampe

A retenir : La puissance indiquée sur un appareil est sa puissance nominale ; elle est égale à la puissance électrique qu’il absorbe lorsqu’on applique à ses bornes sa tension nominale.


ND

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0.2

Je dois réaliser :

J’ai besoin de : 1. Interrupteur. 2. Support pour lampes. 4. Fils de connexion (7). 6. Boîte de résistances à mesurer.

J’utilise le coffret électricité : 9. Lampe 6 V - 6 W. * Alimentation courant continu 6 V. * Multimètres (2).


R1

28

-

+

+ - -

+ V

A

4 9

1

Figure 2

6

1. Je réalise le montage de la figure 2, le résistor est le résistor R1 de la boîte de résistances à mesurer, l’interrupteur est ouvert, j’utilise la borne 20 A de l’ampèremètre.

2. Je place le commutateur de l’ampèremètre sur la fonction DC calibre 20 A puis celui du voltmètre sur la fonction DC calibre 20 V.



5. Je relève sur le voltmètre la valeur de la tension (à 0,1 V près) puis sur l’ampèremètre la valeur de l’intensité (à 0,1 A près).

U = 3,1 V I = 0,7 A

6. J’observe l’éclat de la lampe et je fais la constatation suivante : Son éclat est faible



9. Je place les commutateurs des multimètres sur la position arrêt. Le produit U.I est la puissance absorbée par la lampe.

P = U.I

(W) (V) (A)

ND

0272

0.2

29

10. Je calcule la puissance absorbée par la lampe (à 0,1 W près) : 3,1 x 0,7 P = 2,2 W.

11. Je compare la puissance absorbée par la lampe à sa puissance nominale. La puissance absorbée par la lampe est inférieure à sa puissance nominale.

12. En observant la valeur de la tension aux bornes de la lampe déterminée au 5. j’explique pourquoi la puissance absorbée par la lampe est inférieure à sa puissance nominale.

La tension aux bornes de la lampe est inférieure à sa tension nominale.

A retenir : La puissance absorbée par un appareil fonctionnant au courant continu est donnée par la relation :

P = U.I

(W) (V) (A)


ND

0272

0.2

30

Je dois réaliser :

J’ai besoin de : 1. Interrupteur. 2. Support pour lampes. 4. Fils de connexion (3). 9. Lampe 6 V - 6 W.

J’utilise le coffret électricité : * Alimentation courant continu et courant alternatif 6 V.


-

+

4 9 1

Figure 3

1. Je réalise le montage de la figure 3, l’interrupteur est ouvert, l’alimentation délivre un courant continu de 6 V.

2. Je ferme l’interrupteur et j’observe l’éclat de la lampe. Son éclat est normal



5. Je place les sélecteurs de l’alimentation en position courant alternatif 6 V, puis les fils de connexion aux bornes courant alternatif.

6. Je ferme l’interrupteur et j’observe l’éclat de la lampe. Son éclat est normal



A retenir : Un récepteur thermique (lampe, résistor…) fonctionne indifféremment en courant continu et en courant alternatif.


ND

0272

0.2

-

+

-

+

31

LE COURANT ALTERNATIF SINUSOÏDAL.

J’ai besoin de : 4. Fils de connexion (2).

J’utilise le coffret électricité : * Alimentation courant continu 6 V. * Multimètre. * GBF.


Je dois réaliser :

V

Figure 1

V ~

Figure 2



3. Je place le sélecteur du voltmètre sur la position DC calibre 20 V.


5. Je relève sur le voltmètre la valeur de la tension aux bornes de l’alimentation (à 0,1 V près). U1 = 6 V.

6. J’attends quelques instants puis je relève à nouveau la valeur de la tension indiquée par le voltmètre (à 0,1 V près).

U2 = 6 V.

7. Je compare U1 et U2. U1 = U2

Je constate que pendant le temps d’attente, la valeur de la tension indiquée par le voltmètre n’a pas varié c’est une tension continue.



10. Je relie le GBF au réseau.


12. Je place le sélecteur du multimètre sur la position DC calibre 20 V.

4

ND

0272

0.2

32

13. Je mets en marche le GBF.

14. Je règle le bouton d’amplitude du GBF à mi-course.

15. J’affiche la fréquence 1 Hz (Hertz).

16. J’observe le voltmètre et je fais les constatations suivantes : Les valeurs indiquées par le voltmètre sont tantôt positives, tantôt négatives. C’est une tension alternative.

17. Je coupe le GBF.


19. Je débranche le multimètre.

A retenir : Une tension continue ne varie pas au cours du temps. Une tension alternative varie au cours du temps, en prenant alternativement des valeurs positives et négatives.

verte

rouge R3

ND

0272

0.2

33

Je dois réaliser :


J’utilise le coffret électricité : 7. Diodes (DEL) sur boîtier. * Alimentation courant continu 6 V.


-

+

6

verte

7

rouge

4

1

Figure 3

R3


2. Je réalise le montage de la figure 3, le résistor est le résistor R3 de la boîte de résistances à mesurer, l’interrupteur est ouvert.


4. Je ferme l’interrupteur. Je fais la constatation suivante : Seule la diode verte éclaire. Le courant circule toujours dans le même sens.

5. Je trace au crayon de couleur sur la figure 3, le trajet suivi par le courant, en partant du pôle + du générateur.


7. Je permute les branchements aux bornes des diodes (voir figure 4).

Figure 4

-

+

ND

0272

0.2

34

8. Je ferme l’interrupteur. Je fais la constatation suivante : Seule la diode rouge éclaire, le courant circule toujours dans le même sens.

9. Je trace au crayon de couleur sur la figure 4, le trajet suivi par le courant en partant du pôle + du générateur.



A retenir : Dans un circuit, le courant continu circule toujours dans le même sens.


ND

0272

0.2

35

Je dois réaliser :


J’utilise le coffret électricité : 7. Diodes (DEL) sur boîtier. * GBF.


6

verte

7

rouge

4

1

Figure 5

R3

1. Je relie le GBF au réseau.

2. Je réalise le montage de la figure 5, l’interrupteur est ouvert, le résistor est le résistor R3 de la boîte de résistances à mesurer.


4. Je règle le bouton d’amplitude du GBF à mi-course.

5. J’affiche la fréquence 1 Hz.


7. J’observe les diodes et je fais les constatations suivantes : Les diodes éclairent alternativement. Le courant circule tantôt dans un sens, tantôt dans l’autre sens.

A retenir : Dans un circuit, le courant alternatif circule tantôt dans un sens, tantôt dans l’autre sens.


9. Je coupe le GBF.


~ GBF

ND

0272

0.2

36

MESURES EN COURANT ALTERNATIF SINUSOÏDAL.


J’utilise le coffret électricité : * GBF * Oscilloscope. * Multimètre.


Je dois réaliser :

~

A

B

R3 6

Voie 1 de l’oscilloscope

Masse de l’oscilloscope

GBF

1

Figure 1

4

1. Je relie le GBF et l’oscilloscope au réseau.

2. Je réalise le montage de la figure 1 (générateur, interrupteur, résistor) sans relier l’oscilloscope, l’interrupteur est ouvert.

3. Je relie la voie 1 de l’oscilloscope au point A, puis la masse de l’oscilloscope au point B (voir figure 1).

4. Je mets en marche l’oscilloscope.

5. Je place le sélecteur de la base de temps (balayage) sur le calibre 2 ms.

6. Je règle la position verticale afin que la trace du faisceau coïncide avec l’axe horizontal situé au centre de l’écran.


8. Avec le GBF j’affiche la fréquence f = 50 Hz (courant sinusoïdal).


10. Je place le sélecteur de sensibilité verticale de l’oscilloscope sur le calibre 1 V.

11. En agissant sur le bouton amplitude du GBF, je fais en sorte que le sommet de la courbe coïncide avec le sommet du 4e carreau (voir figure 2).

ND

0272

0.2

37

Figure 2

12. Je centre la courbe en agissant sur le bouton x pos (position horizontale) (voir figure 2). La courbe obtenue est une sinusoïde.

13. Je compare la courbe obtenue à celle de la figure 2. Les deux courbes sont identiques

J’observe la figure 2 : T est la période de la tension, elle s’exprime en secondes (s). J’ai placé précédemment, le sélecteur de la base de temps (balayage) sur le calibre 2 ms/DIV (2 ms par division). Une division est égale à un carreau.

14. J’observe l’écran de l’oscilloscope et je détermine le nombre de divisions correspondant à la période T. Nombre de divisions 10

15. Je calcule la période T : T = 2 x 10 = 20 ms T = 0,02 s.

La fréquence de la tension est donnée par la relation.

T1 = f

(Hz) (s)

La fréquence s’exprime en Hertz (Hz).

16. Je calcule la fréquence f :

f = 50 Hz

17. Je compare cette valeur à celle affichée par le GBF. Ces deux valeurs sont les mêmes

1 1f = =T 0,02

ND

0272

0.2

38

18. J’observe la figure 2. UM est la tension maximale, elle s’exprime en Volts (V). J’ai placé, précédemment, le sélecteur de sensibilité verticale sur le calibre 1 V / DIV.

19. J’observe l’écran de l’oscilloscope et je détermine le nombre de divisions verticales correspondant à la tension maximale (UM). Nombre de divisions : 4

20. Je calcule la tension maximale (UM).

1 x 4 = 4 UM = 4 V.

21. Je place le commutateur du multimètre sur la fonction AC (courant alternatif) calibre 20 V.

22. Je relie le multimètre aux bornes du résistor et je relève la valeur de la tension indiquée par celui-ci (à 0,01 V près). U = 2,80 V. U est la tension efficace elle s’exprime en Volts (V). Je compare U et UM

U < UM

23. Je calcule à 0,01 près le rapport U

UM

UUM = 1,42

Aux erreurs d’expérience près je constate que ce rapport est égal à 2

2 = UUM 2 U= UM 2

U = U M

24. Je place le sélecteur de sensibilité verticale de l’oscilloscope sur le calibre 0,5 V / DIV.

25. En agissant sur le bouton amplitude du GBF, je fais en sorte que le sommet de la courbe coïncide avec le sommet du 3ème carreau.

26. Je relève la valeur indiquée par le multimètre (à 0,01 V près). U = 1,04 V.

27. Je calcule à partir de l’oscillogramme, la tension maximale UM (à 0,01 V près). 0,5 x 3 = 1,5 UM = 1,50 V.

28. Je calcule le produit (à 0,01 près).

29. Je compare et UM.

Aux erreurs d’expérience près je constate que :


31. Avec le GBF j’affiche la fréquence f = 200 Hz.

32. Je place le sélecteur de la base de temps sur le calibre 2 ms.

33. Je calcule à partir de l’oscillogramme, la période T. 2 x 2,5 = 5 ms T = 0,05 s.

2U

2U = 1,47

2UMU = U 2

ND

0272

0.2

39

34. Je calcule la fréquence f :


36. J’éteins l’oscilloscope et le GBF.

A retenir : La période et la tension maximale (UM) d’une tension alternative, se mesurent à l’aide d’un oscilloscope. La tension efficace (U) se mesure à l’aide d’un voltmètre. Les valeurs des tensions indiquées sur les appareils (lampes, appareils électro-ménagers etc …) sont des valeurs efficaces.


f = 200 Hz 1 1f = =T 0,005

ND

0272

0.2

40

ÉTUDE D’UN TRANSFORMATEUR.

J’ai besoin de : 4. Fils de connexion (6). 10. Transformateur.

J’utilise le coffret électricité : * Alimentation courant alternatif 6 V - 12 V. * Multimètres (2).


Je dois réaliser :

UUUU

UUUU

U

Secondaire

V

UUUUUUUUU

~

Primaire

V

10

4

Figure 1

1. Je relie l’alimentation au réseau.

2. Je place les sélecteurs de l’alimentation en position courant alternatif 6 V.

3. Je relie l’alimentation aux bornes de la bobine primaire 900 spires (le primaire est la bobine reliée à la source, le secondaire étant l’autre bobine) (voir figure).

4. Je place un voltmètre aux bornes de la bobine primaire 900 spires (voir figure).

5. Je place l’autre voltmètre aux bornes de la bobine secondaire 1800 spires (voir figure).

6. Je place les commutateurs des multimètres sur la fonction AC calibre 20 V.


8. Je relève les valeurs des tensions indiquées par les voltmètres (à 0,1 V près). U1 est la tension efficace au primaire U1 = 6,8 V. U2 est la tension efficace au secondaire U2 = 13,3 V.

9. Je compare U2 à U1 : U2 > U1


11. Je relie l’alimentation aux bornes de la bobine primaire 1800 spires.

12. Je place le voltmètre situé au secondaire aux bornes de la bobine secondaire 900 spires.

13. Je place les sélecteurs de l’alimentation en position courant alternatif 12 V.


ND

0272

0.2

41

15. Je relève les valeurs des tensions indiquées par les voltmètres (à 0,1 V près). U1 = 12,54 V U2= 6,15 V.

16. Je compare U2 à U1 : U2 < U1



A retenir : Un transformateur permet d’abaisser ou d’élever une tension alternative.


-

+

ND

0272

0.2

R3


Je dois réaliser : Pont de diodes

Masse

Voie 1 de l’oscilloscope

42

REDRESSEMENT ET FILTRAGE D’UN COURANT ALTERNATIF SINUSOÏDAL.

J’ai besoin de : 1. Interrupteur. 4. Fils de connexion (10). 6. Boîte de résistances à mesurer. 10. Transformateur. 11. Pont de diodes.

J’utilise le coffret électricité : 12. Condensateur. * Alimentation courant alternatif 6 V. * Oscilloscope.

UUUU

UUUU

UUUU

~

UUUUUUUUUUUU

Transformateur N1 (N1 = N2)

Figure 1

1. Je relie l’alimentation et l’oscilloscope au réseau.

2. Je place les sélecteurs de l’alimentation sur la position courant alternatif 6 V.

3. Je réalise le montage de la figure 1, pour des raisons pratiques il faut utiliser à la sortie de l’alimentation un transformateur d’isolement (voir figure 1). Le résistor est le résistor R3 de la boîte de résistances à mesurer. L’interrupteur est ouvert.

4. Je mets en marche l’oscilloscope.

5. Je place le sélecteur de la base de temps (balayage) sur le calibre 5 ms.

6. Je règle la position verticale afin que la trace du faisceau coïncide avec l’axe horizontal situé au centre de l’écran.

7. Je place le sélecteur de sensibilité verticale sur le calibre 5 V.

8. Je place le bouton AC - DC de l’oscilloscope sur la position DC.

9. Je mets en marche l’alimentation (courant alternatif 6 V).

10. Je ferme l’interrupteur et j’observe l’oscilloscope. Je fais la constatation suivante : la tension est redressée

N2

ND

0272

0.2

43

11. Je représente sur la figure 2, la courbe obtenue à l’écran.

12. Je place les bornes d’entrée du condensateur en dérivation aux bornes de sortie du pont de diodes en respectant les polarités. J’observe l’oscilloscope et je fais la constatation suivante : la tension est filtrée

13. Je représente sur la figure 3, la courbe obtenue à l’écran.


15. Je coupe l’alimentation et l’oscilloscope.

A retenir : Le pont de diodes permet de redresser une tension alternative. Le condensateur permet de filtrer une tension redressée (c’est une tension continue).


Tension redressée

Tension filtrée

Figure 2

Figure 3

ND

0272

0.2

44

Parc Industriel Sud - Z.I. Gutenberg 2, rue Gutenberg- B.P. 80609

57206 SARREGUEMINES CEDEX

Tél. : 03 87 95 14 77 Fax : 03 87 98 45 91

E-mail France : [email protected] E-mail Export : [email protected]

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