Coffret Électricité pour les collèges 02720

Cahier de TP Collège Électricité Corrigé

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Coffret Électricitépour les collèges

02720

PIERRON - ASCO & CELDA • CS 80609 • 57206 SARREGUEMINES Cedex Tél. : 03 87 95 14 77 Fax : 03 87 98 45 91

CAHIER DE TPVERSION CORRIGÉE


2 02720-4

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 vos classes.

COMPOSITION DU COFFRET

1. Interrupteur.

2. Support pour lampes.

3. Lampes 6,5 V - 100 mA (x3).

4. Fils de connexion (x10).

5. Pinces crocodiles (x4).

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.

THÈMES TRAITÉS

Le circuit électrique ............................................................................................................................ 3

Le sens du courant ............................................................................................................................ 6

Association de dipôles ........................................................................................................................ 8

Le court-circuit ................................................................................................................................ 11

L’intensité du courant ....................................................................................................................... 13

La tension électrique ........................................................................................................................ 19

Infl uence d’une résistance dans un circuit ............................................................................................ 23

Loi d’Ohm ....................................................................................................................................... 25

Notion de puissance ......................................................................................................................... 28

Le courant alternatif sinusoïdal ........................................................................................................... 33

Mesures en courant alternatif sinusoïdal .............................................................................................. 38

Étude d’un transformateur ................................................................................................................. 42

Redressement et fi ltrage d’un courant alternatif sinusoïdal ...................................................................... 44

3


LE CIRCUIT ÉLECTRIQUE.

J’utilise le coffret électricité. J’ai besoin de :1. Interrupteur.2. Support pour lampes.3. Lampe 6,5 V - 100 mA.4. Fils de connexion (x3).5. Pinces crocodiles (x4).

Matériel complémentaire :* Pile plate 4,5 V.* Une règle en plastique.* Une règle en aluminium.

Étude expérimentale

Je dois réaliser :

Pile (générateur)

Figure 1

Interrupteur

Fil de connexion

Support pour lampes

1. Je fi xe 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. À l’aide d’un fi l de connexion rouge je relie le pôle + de la pile à une borne de l’interrupteur.

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

5. À l’aide d’un fi l de connexion noir je relie l’autre borne de la lampe au pôle – de la pile (voir fi gure 1)

6. Je ferme l’interrupteur. J’observe la lampe.

Et je fais la constatation suivante : ________________________________________________

7. J’ouvre l’interrupteur. J’observe la lampe.

Et je fais la constatation suivante : ________________________________________________

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.

la lampe éclaire.

la lampe n’éclaire plus.

+ –


4 02720-4

Générateur Interrupteur Lampe

Symbole

ouvert fermé

Tableau 1

8. En utilisant les symboles représentés dans le tableau 1, je réalise le schéma du circuit électrique en complétant la fi gure 2.

Remarque : le circuit est ouvert

Figure 2

+ –

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

10. Je fi xe deux pinces crocodiles à l’extrémité des deux fi ls de connexion.

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

Figure 3

+ –

Règle

Pince crocodile

J’observe la lampe et je fais la constatation suivante : ___________________________________

La matière plastique ne laisse pas passer le courant ; la matière plastique est un isolant.

la lampe n’éclaire pas.

5


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

J’observe la lampe et je fais la constatation suivante : ___________________________________

L’aluminium laisse passer le courant ; l’aluminium est un conducteur.

13. En respectant le même protocole, je teste d’autres matériaux et indique les résultats dans le tableau 2.

Matériau Isolant Conducteur

Plastique X

Aluminium X

Bois X

Papier X

Caoutchouc X

Fer (clou) X

Tableau 2

À 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 crocodiles puis je range le matériel avec soin.

la lampe éclaire.


6 02720-4

LE SENS DU COURANT.

J’utilise le coffret électricité. J’ai besoin de :1. Interrupteur.4. Fils de connexion (x4).5. Pinces crocodiles (1 rouge, 1 noire).6. Résistor R3.7. Diodes (DEL) sur boîtier.

Matériel complémentaire :* Pile 4,5 V.


Je dois réaliser :

R1 R2 R3

Pile (générateur)

Figure 1

Interrupteur

Diodes sur boîtier

Résistor R3

+ –

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

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

3. Je réalise le montage de la fi gure 1.

DEL rouge

DEL verte

Figure 2

Schéma du montage de la fi gure 1

+ –

7


Symbole de la diode électroluminescente (DEL) : Figure 3

A B

Remarque : La diode ne laisse passer le courant que dans un seul sens (de A vers B, voir fi gure 3).

4. Je fais les constatations suivantes :

La diode rouge ______________________

La diode verte _______________________

5. À l’aide d’un crayon de couleur rouge, je trace sur la fi gure 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 fi gure 2).

DEL rouge

DEL verte

Figure 4

+–

8. Je ferme l’interrupteur.

Je fais les constatations suivantes :

La diode rouge ______________________

La diode verte _______________________

9. À l’aide d’un crayon de couleur verte, je trace sur la fi gure 4, en partant du pôle + du générateur, le chemin suivi par le courant.


À 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.

éclaire.

n’éclaire pas.

n’éclaire pas.

éclaire.


8 02720-4

ASSOCIATION DE DIPÔLES.

J’utilise le coffret électricité. J’ai besoin de :2. Support pour lampes.3. Lampes 6,5 V - 100 mA (x3).4. Fils de connexion (x6).

Matériel complémentaire :* Générateur courant continu 6 V.

Étude expérimentale n°1

Je dois réaliser :

Elégance

6 V0 V 12 V

6V-12V / 1 A

Figure 1

Générateur

Support de lampes

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

2. Je visse les trois lampes sur le support de lampe.

3. Je relie le pôle + du générateur à la borne rouge de la lampe L1, puis la borne noire de la lampe L

1 à la borne

rouge de la lampe L2 et enfi n la borne noire de la lampe L

2 à la borne rouge de la lampe L

3. Je relie ensuite la

borne noire de la lampe L3 au pôle – du générateur (voir fi gure 1).

4. Je mets en marche l’alimentation.

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

_______________________________________________________________________

6. Je dévisse une des lampes et je fais la constatation suivante :

_______________________________________________________________________

Je viens de réaliser un montage de 3 lampes en série.

7. Je coupe l’alimentation.

les lampes éclairent faiblement.

les autres lampes n’éclairent plus.

9


8. Sur la fi gure 2 je complète le schéma circuit.

Figure 2

+ –

9. Je débranche les fi ls de connexion.


Je dois réaliser :

Elégance

6 V0 V 12 V

6V-12V / 1 A

Figure 3

Générateur

Support de lampes

1. Je relie la borne rouge de L1 à la borne rouge de L

2 puis la borne rouge de L

2 à la borne rouge de L

3.

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 fi gure 3).

4. Je mets en marche le générateur.

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

_______________________________________________________________________

6. Je dévisse une des 3 lampes et je fais la constatation suivante :

_______________________________________________________________________

Je viens de réaliser un montages de 3 lampes en dérivation.

les 3 lampes éclairent normalement.

les autres lampes fonctionnent normalement.


10 02720-4


8. Sur la fi gure 4 je complète le schéma du circuit.

L1

+

–

L2 L3 Figure 4

À 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.

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

11


LE COURT-CIRCUIT.

J’utilise le coffret électricité. J’ai besoin de :1. Interrupteur.2. Support pour lampes.3. Lampes 6,5 V - 100 mA (x2).4. Fils de connexion (x6).6. Résistor R3.

Matériel complémentaire :* Générateur courant continu 6 V.


Je dois réaliser :

Figure 1

L2L1

+ –





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

_______________________________________________________________________

6. Je branche un fi l de connexion en dérivation aux bornes de la lampe L1 (voir fi gure 2).

Figure 2

L2L1

+ –

les deux lampes éclairent faiblement.


12 02720-4

7. J’observe l’éclat des deux lampes et je fais les constatations suivantes :

Lampe L1 ________________________________________

Lampe L2 ________________________________________

J’ai mis la lampe L1 en court-circuit.

8. Je débranche le fi l de connexion placé aux bornes de la lampe L1 puis je le branche aux bornes de la lampe L

2.

9. J’observe les deux lampes et je fais les constatations suivantes :

_______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________



À retenir :

Dans un circuit, un fi l de connexion placé en dérivation aux bornes d’une lampe met cette lampe en court-circuit.


elle n’éclaire plus.

son éclat augmente.

Lampe L1 : son éclat augmente.

Lampe L2 : elle n’éclaire plus.

13


L’INTENSITÉ DU COURANT.

J’utilise le coffret électricité. J’ai besoin de :1. Interrupteur.2. Support pour lampes.3. Lampe 6,5 V - 100 mA.4. Fils de connexion (x6).6. Résistor R3.

Matériel complémentaire :* Alimentation courant continu 6 V.* Multimètre.


Je dois réaliser :R3

A 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 fi gure 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 = _______ mA.

9. J’observe la lampe, je constate que son éclat est : _____________________

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

Je constate que son éclat _____________________________________

Remarque : dans cette opération j’ai mis le résistor en __________________

69

faible.

augmente.

court-circuit.


14 02720-4

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

I2 = _______ mA.

12. Je compare I1 et I

2 : ___________

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


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


16. Je débranche chaque appareil.

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

J’utilise le coffret électricité. J’ai besoin de :1. Interrupteur.2. Support pour lampes.3. Lampes 6,5 V - 100 mA (x2).4. Fils de connexion (x5).


Je dois réaliser :

A

Figure 2

– –+ +

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 fi gure 2 ; l’interrupteur est ouvert.

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



92

I1 < I2augmente.

15


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

I1 = _______ 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 fi gure 3).

A

Figure 3

–

–

+

+




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

I2 = _______ mA.




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

A Figure 4

–

–

+

+

67

67


16 02720-4




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

I3 = _______ mA.




26. Je compare I1 ; I

2 et I

3.

Aux erreurs d’expérience près, je constate que :

_______________________________________________________________________

À retenir :

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


67

I1 = I2 = I3

17


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



Je dois réaliser :

AI

I1 I2

Figure 5

Branche principale

Dérivations

L1 L2

–

–

+

+

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 L

1 ; je relie ensuite l’autre borne de la lampe L

1 au pôle – du

générateur.

2. À l’aide de deux fi ls de connexion, je branche la lampe L2 en dérivation aux bornes de la lampe L

1 (voir fi gure 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 = _________ 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 fi gure 5).



194,2


18 02720-4

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

L’intensité du courant qui traverse la lampe L1 est : I

1 = _________ mA.



15. Je déplace l’ampèremètre en respectant les polarités de façon à mesurer l’intensité I2 du courant qui traverse la

lampe L2 (la position de l’ampèremètre est repérée en pointillés sur la fi gure 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 : I

2 = _________ mA




22. Je calcule I1 + I

2 :

I1 + I

2 = ________ mA.

23. Je compare I à I1 + I

2 : _______________________________________________________

Aux erreurs d’expérience près je constate que :

_______________________________________________________________________

À 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.

94,7

100,1

194,8

Ces deux valeurs sont pratiquement les mêmes.

I = I1 + I2

19


LA TENSION ÉLECTRIQUE.

J’utilise le coffret électricité. J’ai besoin de :1. Interrupteur.2. Support pour lampes.3. Lampe 6,5 V - 100 mA (x3)4. Fils de connexion (x6).



Je dois réaliser :

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

U = ______ V.



8. Je débranche le multimètre.

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




6,0


20 02720-4

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

VFigure 2

L1

–+

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

U1 = _______ V.

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

les polarités.L2

VFigure 3

–+

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

U2 = _______ V.

17. Je débranche le voltmètre puis je le place en dérivation aux bornes de l’ensemble des deux lampes L1 et L

2 (voir

fi gure 4), en respectant les polarités.

VFigure 4

–+

L2L1

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

U = ______ V.




22. Je calcule U1 + U

2 (à 0,01 V près).

U1 + U

2 = ________ V.

23. Je compare U à U1 + U

2 : _____________________________________________________

3,16

2,84

6,01

6,00

Ces deux valeurs sont pratiquement les mêmes.

21



_______________________________________________________________________

À retenir :

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

24. Je débranche chaque appareil. Étude expérimentale n°3 : Intensité dans un circuit avec dérivation.

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



Je dois réaliser :I

I1 I2

Figure 5

Branche principale

Dérivations

L1 L2

–

+

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 fi gure 5). L’interrupteur est ouvert.



U = U1 + U2


22 02720-4


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


U1 = _______ V.

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


U2 = _______ V.



12. Je compare U1 et U

2 :

_______________________________________________________________________


_______________________________________________________________________


À retenir :

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


5,99

5,99

U1 = 5,99 V U2 = 5,99 V

U1 = U2

23


INFLUENCE D’UNE RÉSISTANCE DANS UN CIRCUIT.

J’utilise le coffret électricité. J’ai besoin de :1. Interrupteur.2. Support pour lampes.3. Lampe 6,5 V - 100 mA.4. Fils de connexion (x6).6. Boîte de résistances à mesurer.



Je dois réaliser :

A AFigure 1 Figure 2

–

– –

–+

+ +

+

R2 R2


2. Je réalise le montage de la fi gure 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 = _______ mA.

6. Je branche un fi l de connexion en dérivation aux bornes du résistor R2 (voir fi gure 2) en observant l’éclat de la lampe.

Je fais la constatation suivante : __________________________________

Remarque : j’ai mis le résistor en ________________________________


I1 = _______ mA.

84

augmente.

court-circuit.

95


24 02720-4

8. Je compare I1 à I : _________________________

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

9. Je débranche le fi l 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 _________________


I2 = _______ mA.

12. Je compare I2 à I

1 : _________________________

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


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


À retenir :

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

B Si on augmente la valeur de la résistance, l’intensité du courant diminue.

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

I1 > I

d’augmenter

diminue.

68

I2 < I1

de diminuer

25


LOI D’OHM.

J’utilise le coffret électricité. J’ai besoin de :1. Interrupteur.4. Fils de connexion (x7).6. Boîte de résistances à mesurer.8. Potentiomètre 470 Ω.

Matériel complémentaire :* Alimentation courant continu 6 V.* Multimètres (x2).


Je dois réaliser :

A

V Figure 1

–

–

–

+

+

+

R3

Potentiomètre

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 fi gure 1). L’interrupteur est ouvert.

2. Je place le voltmètre en dérivation aux bornes du résistor R3 en respectant les polarités (voir fi gure 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’affi che 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 1. Je fais de même pour les autres valeurs de I indiquées dans le tableau.


26 02720-4

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

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

Tableau 1


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



13. Je complète la deuxième ligne du tableau 1 (I (A)).

14. Je calcule les rapports UI

puis reporte les valeurs dans le tableau 1 (à 0,1 près).

Aux erreurs d’expérience près, je constate que UI

proportionnelles.

est un rapport _________________________

U et I sont des grandeurs ___________________________________________________

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

UI

38,7 + 38,5 + 38,6 + 38,7 +38,6 38,65

= =

16. Le rapport constant UI

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 = _______ Ω

À 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)

constant.

38,6

27


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

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

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

c. Je relève sur le multimètre la valeur de la résistance.

Je lis R = _______ Ω.

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

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

10 A A COMVΩHz

200k20k2k200

2M 20MPOWER

200M

750

20020

2

200µ2m20m200m200m2

10

200m2

210

200m

200µ20µ

hFE

20m

2m

20

200

1000

A

V

Ω

V

A

R1 R2 R3Figure 2


39


28 02720-4

NOTION DE PUISSANCE.

J’utilise le coffret électricité. J’ai besoin de :1. Interrupteur.2. Support pour lampes.4. Fils de connexion (x6).6. Boîte de résistances à mesurer.9. Lampe 6 V - 6 W.

Matériel complémentaire :* Alimentation courant continu 6 V.* Multimètres (x2).


Je dois réaliser :

A

V Figure 1

–

–

–

+

+

+

1. Je monte la lampe sur son support.


3. Je réalise le montage de la fi gure 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 = _______ V I = _______ A.




5,8 1,0

29


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

U.I = _______

12. Je dévisse la lampe et je lis les indications fi gurant sur le culot.

J’indique ces valeurs _____________________

La première indication _______ 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 ______ 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 :

_______________________________________________________________________

À 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.


5,8

6 V - 6 W

6

6

Le produit U.I est pratiquement égal à la puissance nominale de la lampe.


30 02720-4

Étude expérimentale n°2.

J’utilise le coffret électricité. J’ai besoin de :1. Interrupteur.2. Support pour lampes.4. Fils de connexion (x7).6. Boîte de résistances à mesurer.9. Lampe 6 V - 6 W.


Je dois réaliser :

A

V Figure 2

R1

–

–

–

+

+

+

1. Je réalise le montage de la fi gure 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 = _______ V I = _______ A.

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

_______________________________________________________________________




3,1 0,7

son éclat est faible.

31


Le produit U.I est la puissance absorbée par la lampe.

P = U.I

(W) (A)(V)

10. Je calcule la puissance absorbée par la lampe (à 0,1 W près) :

__________________________ P = _______ W.

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

_______________________________________________________________________

12. En observant la valeur de la tension aux bornes de la lampe déterminée au 5. j’explique

_______________________________________________________________________

À retenir :

La puissance absorbée par un appareil fonctionnant en courant continu est donnée par la relation :

P = U.I

(W) (A)(V)


3,1 x 0,7 2,2

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.


32 02720-4


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

Matériel complémentaire :* Alimentation courant continu et courant alternatif 6 V.

Je dois réaliser :

Figure 3

+ –

1. Je réalise le montage de la fi gure 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 _____________________



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

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

Son éclat est _____________________



À retenir :

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


normal.

normal.

33


LE COURANT ALTERNATIF SINUSOÏDAL.

J’utilise le coffret électricité. J’ai besoin de :4. Fils de connexion (x2).

Matériel complémentaire :* Alimentation courant continu 6 V.* Multimètre.* GBF.


Je dois réaliser :

V V~Figure 1 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 = _______ 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 = _______ V.

7. Je compare U1 et U

2.

_______________________________________________________________________

Je constate que pendant le temps d’attente, la valeur de la tension indiquée par le voltmètre n’a pas _______

C’est une tension __________________



10. Je relie le GBF au réseau.


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

6

6

U1 = U2

varié.

continue.


34 02720-4

13. Je mets en marche le GBF.

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

15. J’affi che la fréquence 1 Hz (Hertz).

16. 16. J’observe le voltmètre et je fais les constatations suivantes :

_______________________________________________________________________

C’est une tension ________________

17. Je coupe le GBF.


19. Je débranche le multimètre.

À 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.

Les valeurs indiquées par le voltmètre sont tantôt positives, tantôt négatives.

alternative.

35



J’utilise le coffret électricité. J’ai besoin de :1.Interrupteur.4. Fils de connexion (x4).6. Boîte de résistances à mesurer.9. Diodes (DEL) sur boîtier.

Matériel complémentaire :* Alimentation courant continu 6 V.

Je dois réaliser :R3

Figure 3

DEL rouge

DEL verte

–

+


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



Je fais la constatation suivante :

Seule la diode ____________ éclaire.

Le courant circule toujours dans le même ___________

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


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

verte

sens.


36 02720-4

Figure 4

R3DEL rouge

DEL verte

–

+



Seule la diode ____________ éclaire.

Le courant circule toujours dans le même ___________

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



À retenir :

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



J’utilise le coffret électricité. J’ai besoin de :1. Interrupteur.4. Fils de connexion (x4).6. Boîte de résistances à mesurer.7. Diodes (DEL) sur boîtier.

J’utilise le coffret électricité :* GBF.

rouge

sens.

37


Je dois réaliser :

~GBF

R3

Figure 5

DEL rouge

DEL verte

1. Je relie le GBF au réseau.

2. Je réalise le montage de la fi gure 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’affi che la fréquence 1 Hz.


7. J’observe les diodes et je fais les constatations suivantes :

Les diodes ___________________________________________________

Le courant ____________________________________________________


9. Je coupe le GBF.

À retenir :

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


éclairent alternativement.

circule tantôt dans un sens, tantôt dans l’autre sens.


38 02720-4

MESURE EN COURANT ALTERNATIF SINUSOÏDAL.

J’utilise le coffret électricité. J’ai besoin de :1. Interrupteur.4. Fils de connexion (x7).6. Boîte de résistances à mesurer.

Matériel complémentaire :* GBF.* Oscilloscope.* Multimètre.


Je dois réaliser :

~GBF

R3

A

B

Figure 1

Masse de l’oscilloscope

Voie 1 de l’oscilloscope

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

2. Je réalise le montage de la fi gure 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 fi gure 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 afi n que la trace du faisceau coïncide avec l’axe horizontal situé au centre de l’écran.


8. Avec le GBF j’affi che 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 fi gure 2).

39


T

UM

0

U (V)

t (s)T2

Figure 2

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

13. Je compare la courbe obtenue à celle de la fi gure 2.

_______________________________________________________________________

J’observe la fi gure 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 _________

15. 15. Je calcule la période T :

T = _______________ ms T = _______ s.

La fréquence de la tension est donnée par la relation :

f =

(Hz) (s)

1T

La fréquence s’exprime en Hertz (Hz).

16. Je calcule la fréquence f :

__________________________ f = _______ Hz.

17. Je compare cette valeur à celle affi chée par le GBF.

_______________________________________________________________________

Les deux courbes sont identiques.

10

2 x 10 = 20 0,02

f = = 1T

10,02 50

Ces deux valeurs sont les mêmes.


40 02720-4

18. J’observe la fi gure 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 (U

M).

Nombre de divisions _________

20. Je calcule la tension maximale (UM).

__________________________ UM = ________ 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 = _______ V.

U est la tension effi cace elle s’exprime en Volts (V).

Je compare U et UM

_______________________________________________________________________

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

M

U.

UM

U = ______

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

UM

U

UM

√2= √2 U =U

M = U.√2

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 3e carreau.

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

U = _______ V.

27. Je calcule à partir de l’oscillogramme, la tension maximale UM (à 0,01 V près).

__________________________ UM = ________ V.

28. Je calcule le produit U√2 (à 0,01 près).

U√2 = _______

29. Je compare U√2 et UM.

Aux erreurs d’expérience près je constate que : ___________________________

4

1 x 4 = 4 4

2,80

U < UM

1,42

1,04

0,5 x 3 = 1,5 1,50

1,47

UM = U√2

41



31. Avec le GBF j’affi che 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.

__________________________ T = ________ s.

34. Je calcule la fréquence f :

__________________________ f = _______ Hz.


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

À retenir :

La période et la tension maximale (UM ) d’une tension alternative, se mesurent à l’aide d’un oscilloscope.

La tension effi cace (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 effi caces.


2 x 2,5 = 5 ms 0,05

f = = 1T

10,005 200


42 02720-4

ÉTUDE D’UN TRANSFORMATEUR.

J’utilise le coffret électricité. J’ai besoin de :4. Fils de connexion (x6).10. Transformateur.

Matériel complémentaire :* Alimentation courant alternatif 6 V - 12 V.* Multimètres (2).


Je dois réaliser :

V~ V Figure 1

Primaire Secondaire

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 fi gure 1).

4. Je place un voltmètre aux bornes de la bobine primaire 900 spires (voir fi gure 1).

5. Je place l’autre voltmètre aux bornes de la bobine secondaire 1800 spires (voir fi gure 1).

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 effi cace au primaire U

1 = _______ V.

U2 est la tension effi cace au secondaire U

2 = _______ V.

9. Je compare U2 à U

1 :

_______________________________________________________________________


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.

6,8

13,3

U2 > U1

43



15. Je relève les valeurs des tensions indiquées par les voltmètres (à 0,1 V près).

U1 = _______ V U

2= _______ V.

16. Je compare U2 à U

1 :

_______________________________________________________________________



À retenir :

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


12,54 6,15

U2 < U1


44 02720-4

REDRESSEMENT ET FILTRAGE D’UN COURANT ALTERNATIF SINUSOÏDAL .

J’utilise le coffret électricité. J’ai besoin de :1. Interrupteur.4. Fils de connexion (x10).6. Boîte de résistances à mesurer.10. Transformateur.11. Pont de diodes.12. Condensateur.

Matériel complémentaire :* Alimentation courant alternatif 6 V.* Oscilloscope.


Je dois réaliser :

~

N1 N2(N1 N )= 2 +

−Figure 1

Transformateur Pont dediodesR3

Masse del’oscilloscope

Voie 1 de l’oscilloscope

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 fi gure 1, pour des raisons pratiques il faut utiliser à la sortie de l’alimentation un transformateur d’isolement (voir fi gure 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 afi n 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.

45



_______________________________________________________________________

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

Figure 2

Tension redressée

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 :

_______________________________________________________________________

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

Figure 3

Tension fi ltrée


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

la tension est redressée.

la tension est fi ltrée.


46 02720-4

À retenir :

Le pont de diodes permet de redresser une tension alternative.

Le condensateur permet de fi ltrer une tension redressée (c’est une tension continue).


Des mêmes auteurs :- Coffret Mécanique pour les collèges, réf. 02710- Coffret Optique pour les collèges, réf. 02721- Coffret Chimie pour les collèges, ref. 13465

47


Notes


48 02720-4

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