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  seconde MPI
 

L'intensité du courant

Un vent se « mesure » en km/h ou en nœuds ou en force…
Une rivière se « mesure » en m3/s.
Pour caractériser le flux de charges électriques dans un circuit, o définit l’intensité qui s’exprime en ampères (A).
Dans les métaux et les alliages seuls les électrons (chargés négativement) peuvent se déplacer. Dans les électrolytes on a un double flux courant de cations (chargés positivement) et d’anions (chargés négativement). Par convention le sens du courant est celui des charges positives. Par conséquent, dans les métaux, le sens conventionnel du courant est l’opposé du sens des déplacements des électrons.

I-Courant et éclat d’une lampe

L1 brille plus que L2.
L’éclat de chaque lampe diminue si on augmente la résistance du rhéostat, L2 brillant toujours moins que L1.
Une ampoule qui ne brille pas ne veut pas dire qu’il y a absence de courant. On permute les deux lampes ou les deux bornes du générateur pour changer l’ordre des lampes : c’est toujours la L1 qui brille le plus donc ce n’est pas parce qu’elle était traversée en premier par le courant.
Si on remplace L2 par une autre lampe L1, les deux ampoules de 3,5 V ont alors le même éclat. L1 et L2 ne brillent pas de même façon car elle n’ont pas la même conception.
La lumière émise par l’ampoule dépend de la température du filament et de sa surface latéral. La température du filament avoisine les 2200 °C. Le fer qui fond à 1500 °C ne pourrait pas convenir au filament. Le tungstène qui fond à 3400 °C peut convenir.
Le dégagement de chaleur qui accompagne le passage d’un courant électrique est appelé effet Joule.

II- Mesure de l’intensité dans le circuit à une maille précédent

On utilise un ampèremètre placé en série avec le dipôle dans lequel on veut connaître l’intensité.

Pour faire le montage avec un ampèremètre il faut débrancher un fil et rajouter un autre fil.

I1 = 168 mA
I2 = 165 mA
I3 = 166,5 mA
I4 = 165,1 mA

On place l’ampèremètre dans quatre positions différentes et on constate que l’intensité reste pratiquement la même.
On constate que dans un circuit à une maille, l’intensité est la même de par tout.
Le courant ne s’use pas au fur et à mesure qui traverse les différents dipôles. Peu importe la place de l’ampèremètre pour mesurer l’intensité dans un circuit à une seule maille. Autre façon de procéder : on place trois ampèremètres dans la maille.
Même observation : I1 = I2 = I3 = 150 mA

III- Comment contrôler un ampèremètre avant son utilisation ?

On utilise la fonction ohmmètre du multimètre c’est à dire la borne

Un fil de jonction a pratiquement aucune résistance.

On utilise un multimètre en ohmmètre et on branche entre ses bornes l’ampèremètre qu’on veut tester.

Il doit avoir une résistance très faible sur les différents calibres. Si l’ohmmètre n’indique pas 1, cela veut dire que le fusil est bon.

IV- La loi des nœuds

Montage expérimental :

R = 0 W              &nbspI = 35,3 mA           &nbspI1 = 4,23 mA           &nbspI2 = 30,9 mA
R = 100 W          &nbspI= 33,0 mA           &nbspI1 = 12,4 mA            &nbspI2 = 21,3 mA
R = 200 W          &nbspI= 33,5 mA           &nbspI1 = 22,2 mA           &nbspI2 = 11,2 mA
R = 300 W          &nbspI= 32,5 mA           &nbspI1 = 25,4 mA           &nbspI2 = 7,7 mA

On met les entêtes I1 en B1, I2 en C1. On clique sur la case E2 pour lui attribuer une formule. E2 étant sélectionné, on clique sur la cellule B2 : B2 apparaît dans la zone de formule, on insère le signe + et on clique sue la cellule C2 puis sur OK de la boîte de dialogue. On fait un clic droit sur la cellule E2 puis on sélectionne copier dans le menu contextuel qui apparaît. Avec un clic gauche on sélectionne toute la colonne D soit le nombre de ligne souhaité de cette colonne, ensuite un clic droit dans la sélection et dans le menu contextuel on choisi « coller ».

Il n’y a plus qu’à remplir les trois colonnes et à sauvegarder le travail.
On constate que I est égale à I1 + I2, autrement dit que l’intensité du courant principal est égale à la somme des intensités des courants dérivés et nous généralisons en énonçant : la somme des intensités des courants qui arrivent dans le nœud est égale à la somme des intensités des courants qui partent de ce nœud.

Exemple :

La loi des nœuds appliquée en N permet d’écrire : I1 + I3 = I2 + I4 + I5

Tension électrique entre deux points

I- Mesure d’une tension électrique

Pour qu’un courant d’eau circule d’un point A vers un point B, il faut qu’il y est une différence d’altitude entre ces deux points.

Pour qu’un courant électrique circule d’un point A vers un point B, il faut que règne entre ces deux points une différence de potentiel électrique (ddp), noté VA – VB ou UAB, et on l’appel tension électrique entre A et B. Pour la mesurer on utilise un voltmètre (volta) et pour connaître aussi son signe on place la borne COM au talon de la flèche et la borne V du côté de la pointe de la flèche qui représente sa tension.

On utilise nos multimètres avec le sélecteur placé dans la zone V=== lorsqu’on est en courant continu. Les calibres possibles vont de 200mW à 1000mW. Pour éviter que l’appareil n’indique 1, on commence par le calibre le plus élevé.

II- Lois des tensions

1°) Montage expérimental



Mesurer UAB, UBC, UCD, UAC et UADpour les comparer

2°) Mesures

3°) Conclusion

On constate que UAB + UBC = UAC et que UAB + UBC +UDC = UAD. Nous généralisons en écrivant que les tensions électriques suivent une loi d’additivité qui ressemble à la relation de Chasles vu en maths. Lorsqu’on a plusieurs éléments en série, la tension totale est égale à la somme des tensions individuelles (ex : si on a une guirlande avec 100 l ampes identiques, attaquées en 220 V, chacune aura entre ses bornes 2,2 V).
Pour des dipôles en dérivation, la tension est la même (ex : si l’une des ampoules d’une voiture grille, les autres continuent à marcher).

III- Caractéristique d’une pile plate

1°) Montage expérimental



2°) Mesures




3°) Tracé de la courbe





La loi d'ohmn

I- Montage expérimental



On mesure la tension aux bornes du conducteur ohmique R lorsqu’il est traversé par un courant d’intensité I.

II- Mesures


Le quotient U/I reste à peu près constant lorsque U et I varient. La valeur moyenne de ce quotient en cellule C23 vaut environ 0,18 : c’est la valeur de notre résistance étudiée.
Si le quotient u/I est constant, cela signifie que U et I sont proportionnels. U = RI où R est une constante appelée résistance du conducteur ohmique.

III- Caractéristique de la résistance : graphique



IV- Déterminations de résistances

- code des couleurs
- ohmmètre
- loi d’ohm => U = RI => R = U/I



Expériences assistées par EXAO

Jusqu’à présent on a effectué des mesures avec des appareils traditionnels (multimètres), puis on a entré les mesures dans l’ordinateur.
Aujourd’hui c’est l’ordinateur lui même qui fera les mesures.

I- Montage expérimental (pour étudier la caractéristique)

U = f ( I ) pour un conducteur ohmique.



Le dispositif informatique qu’on utilise est sensible aux tensions électriques U qu’on envoie à ses bornes. Sur la voie EA1 on envoie de la tension totale délivrée par le générateur (U2).
Sur la voie EA0 on envoie la tension totale aux bornes de la résistance à décade (U1).
Nous voulons mesurer la tension U = U2 – U1 aux bornes de la résistance à l’étude en fonction de l’intensité I = U1/R soit I = U1/100.

II- Traitement par l’ordinateur

On ouvre visuel Orphy en double cliquant sur son icône.
On sélectionne :
- « mesures directes »
- ligne1 : « voltmètre 5V (tension) et EAO (5V) »
- ligne2 : « voltmètre 5V (tension) et EA1 (5V)
- on clique sur « poursuivre »
- on sélectionne « x-y »
- on modifie le contenue des fenêtre pour obtenir :
-ligne1 : intensité ; I ; 0 ; 0,2 ; I ; I = U1/100
-ligne2 : tension; U; 0; 5; V; V = U2 – U1
- on clique sur poursuivre


Associations de résistances

I- Résistances en série

Le but est de savoir comment on peut remplacer deux résistances en série ou deux résistances en dérivation par une résistance unique et avoir les mêmes effets sur le reste du circuit.

On mesure à l’ohmmètre nos résistances :
R1 = 97 W (M.N.M)
R2 = 325 W (O.O.M)
R3 = 460 W (J.Vi.M)

1°) Montage expérimentale (EXAO)

AB est le dipôle à l’étude

2°) Mesures (EXAO)

Le dipôle AB (constitué de R2 et R3 en série) suit aussi la loi d’ohm.
UAB = RAB x I avec RAB = 785 W
Or R1 + R3 = 325 + 460 = 785 W
On considère que RAB = R2 + R3
Lorsque deux résistances sont montées en série, la résistance équivalente de l’association et la somme des deux résistances.

II- Résistances en dérivation (EXAO)

1°) Montage expérimental

On veut trouver la résistance équivalente à l’association en parallèle de R2 et de R3. Il nous faut trouver une relation U = RI.

2°) Mesures et courbes



3°) Conclusion

La comparaison des lignes 6 et 9 montre que leur contenu est à peu près égal et nous admettons donc que 1/R = 1/R2 + 1/R3 (ici) et nous généralisons en écrivant que 1/Req = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + … + 1/Rn.

L’inverse de l’ohm est le siemens.
Lorsqu’on a des résistances en dérivations, l’inverse de la résistance équivalente est égale à la somme des inverses des résistances de la dérivation.

Plus on ajoute de résistance, plus c’est résistant. La résistance totale est forcément plus grande que la plus grande des résistances.
En dérivation au contraire, plus il y a de résistance, moins c’est résistant (on offre en fait plus de chemin possible au courant et il passe de mieux en mieux, la résistance équivalente est forcément plus petite que la plus petite des résistances individuelles).

• Cas de deux résistances R1 // R2

1/Req = 1/R1 + 1/R2 = R2 + R1 /R1 x R2 => Req = R1 x R2 /R1 + R2 = produit/somme

La différence entre la ligne 9 et 6 nous donne l’incertitude absolue. Cet écart divisé par la ligne 6, nous donne l’erreur relative. L’erreur absolue a une unité et l’erreur relative n’a pas d’unité et on peut l’exprimer en % si on la multiplie par 100.

• Application : R1 // R2 // R3

1/Req = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3


Etude de quelques dipôles

I - Un capteur de température : la thermistance

Représentation :

Dans ce T.P on utilise une thermistance à CTN ( coefficient de température négatif ).

1°) Montage



Dans la pratique :

2°) Mesures



3- Courbe et conclusion



On observe une courbe décroissante donc cette thermistance voit sa résistance diminuer lorsque la température augmente. La pente de cette courbe est variable mais elle reste négative d’où la désignation CTN. Celle-ci a une résistance de 1 kW à 26° C. Lorsque la température dépasse une certaine valeur, la résistance passera au dessous d’un certain seuil et elle pourra déclencher une alarme incendie ou un thermostat.
Remarque : le thermostat suit la loi d’ohm u = RI

II- Un capteur de lumière : la photo-résistance



On place la photo-résistance dans différents environnement lumineux (plus ou moins près de la fenêtre, d’une lampe), on fait pivoter la photo-résistance, on met une main dessus et on note les différentes résistances.
Dans l’obscurité quasi-parfaite la résistance est énorme. Cette résistance est pratiquement infinie, la photo-résistance se comporte comme un isolant, elle ne laisse pas passer le courant.

R = 1289 kW (obscurité)
R = 23 W (pleine lumière du soleil)
R = 31 W (vers le ciel)

III-La diode (électroluminescente) : DEL ou LED





1°) Expériences préliminaires




Sur le calibre 20 MW: R = 1.W puis on inverse la diode et on lit R = 1.W
R=> ¥ dans les deux cas



=





                     



                     

La diode est dans le sens passant                               &nbspLa diode est dans le sens bloqué

La diode n’est pas un dipôle symétrique.



2°) Etude de U = f(I) (EXAO)


a) Montage expérimental



b) Mesures et courbes



c) Conclusion

La courbe U = f(I) présente trois régions :
-une région rectiligne presque verticale ( le courant ne passe pas) : la résistance de la diode tend vers l’infinie.
-une région arrondi assez peu étendue
-une région rectiligne presque horizontale (le courant augmente beaucoup même si la tension augmente E) : la diode est alors bonne conductrice, elle a une faible résistance.
Linéariser la caractéristique de la diode c’est prouver l’équation des deux droites qui sert au plus près la caractéristique réelle.
La caractéristique décolle de 0 pour U = 1,8 V

• U < Uo = 1,8 V                   • V => I = 0 quelque soit la valeur de U
• U > Uo = 1,8 V                   • V => U = 17 x I + 1,9

On appel diode idéale ou diode parfaite, une diode pour laquelle la tension de seuil Uo ou Us vaut 0 V qui aurait une résistance infinie par U < Uo et une résistance nul pour U > Uo.



La différence entre une DEL et une diode ordinaire c’est que la DEL émet de la lumière si U > Uo.
En courant alternatif la diode laisse passer le courant qu’une alternance sur deux : l’alternance pour laquelle elle est dans le sens passant.

IV- La diode Zener




1°) Montage expérimentale



2°) Mesures et courbes

-sens passant :



- sens bloqué :









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