Chapitre 1 - Exercices corriges

Chapitre 2 : Dipôles passifs partie A.1.1 du programme officiel
TP : Approche expérimentale : résistances et caractéristique Objectifs Loi d'association de résistances.
Mesurer une résistance à l'ohmmètre.
Déterminer une intensité par une mesure de tension aux bornes d'une
résistance connue.
Obtenir et tracer point par point la caractéristique d'un dipôle.
Prédétermination de la séquence, questions possibles Séance de 3h45 en salle TP, les élèves sont disposés en binôme mais ont la
possibilité de communiquer entre binômes.
Le chapitre précédent portait sur l'intensité et la tension.
Le chapitre sur les dipôles passifs commence par cette séquence (partie
A.1.1 du programme officiel). Le professeur énonce les objectifs pédagogiques (qui pourront
éventuellement servir de pistes).
Les questions sont posées oralement (réponses orales ou écrites en
italique) et seules quelques éléments de réponses ou conclusions ainsi que
les schémas et graphiques sont inscrits sur le compte-rendu, de façon à le
rendre digeste et exploitable. 1/ Présentation de l'objectif technique
|On souhaite allumer un voyant (DEL | [pic] [pic] [pic]|
|20mA) de voiture (avec une batterie de | |
|12V). | |
Des questions sont posées sur le schéma de la DEL et sur le sens du
courant. Un groupe grille une diode en la branchant directement sur la batterie.
Comment limiter le courant ? une solution serait de limiter le courant avec
un résistor
Le résistor permet de limiter le courant, sa résistance est égale au
rapport de la tension sur l'intensité. 2/ Recherche de la valeur de la résistance
Comment placer le résistor ? on place le résistor en série
Comment vérifier l'intensité du courant ? on branche un ampèremètre
Comment s'assurer que celle-ci ne dépassera pas la valeur souhaitée ? il
faut caractériser le résistor
Comment évolue l'intensité d'un résistor en fonction de la tension ? on
trace la caractéristique tension-courant (avec un questionnement autour du
montage à réaliser)
On caractérise certains composants par la représentation de la tension par
rapport à l'intensité.
3/ Associations de résistances
La valeur de la résistance étant déterminée, il faut réaliser la bonne
association avec les résistors donnés.
Les mesures sont faites à l'ohmmètre : le terme « ohmmètre » est cité dans
les objectifs et doit facilement être utilisé par les élèves. Les élèves
doivent trouver comment le brancher et sur quel calibre (un résistor de
valeur connue fait partie du lot de résistors).
Un ohmmètre est branché hors-circuit aux bornes du résistor sur le calibre
« ( ».
On récolte au tableau les différents essais avec les schémas (série ou/et
parallèle) et les valeurs correspondantes. On en déduit des relations. 4/ Conclusion
Le montage série est réalisé. On constate que l'intensité est légèrement en
dessous de la valeur souhaitée. 5/ Approfondissement (en fonction du temps restant)
Pourquoi l'intensité est-elle en dessous de celle souhaitée ? on doit tenir
compte de la tension aux bornes de la diode, on mesure cette tension et on
en déduit une nouvelle valeur de la résistance.
Quel composant faudrait-il pour obtenir très précisément la bonne
intensité ? on place une résistance réglable (deux bornes d'un
potentiomètre) à la place du résistor
Déroulement réel de la séquence Le professeur énonce les objectifs pédagogiques (qui pourront
éventuellement servir de pistes lors de l'investigation).
En vert : tout ce qui diffère de la prédétermination de la séquence 1/ Présentation de l'objectif technique
conforme aux prévisions jusqu'à la diode qui explose Un groupe souhaite tenter l'essai directement avec une résistance.
La résistance permettra-t-elle de limiter suffisamment le courant et,
comment vérifier l'intensité du courant ? on branche un ampèremètre et un
groupe fait l'essai avec une résistance de 10(
La résistance fume et le courant mesuré est bien supérieur à celui
souhaité.
Quel est le problème ? la résistance est trop petite pour limiter
suffisamment le courant dans la diode et elle ne peut pas supporter autant
de courant
Rappel sur la puissance : P=UI
Ces résistors supportent jusqu'à 0,25W.
Si on trouvait la bonne résistance, quelle serait la puissance dissipée ?
12x0,020=0,24W20mA.
Cette valeur est rajoutée aux autres pour compléter le graphique.
Une lecture graphique permet de déterminer la résistance (compétence
transversale) un peu au-dessus de 500(.
3/ Associations de résistances
conforme aux prévisions 4/ Conclusion
conforme aux prévisions et le 5/ y est inclus 5/ Comment caractériser un résistor ?
Nouvelle problématique : on souhaite éviter la mésaventure observée lorsque
le résistor s'est mis à fumer.
Quelles sont les grandeurs qui interviennent dans la puissance ? P=UI donc
tension et intensité
Existe-t-il une relation entre les deux grandeurs ? il faut effectuer la
mesure pour plusieurs valeurs de U et I
Si on branche un résistor aux bornes d'un générateur de 12V, combien de
valeurs d'intensité aurons-nous ? une seule, il faut donc faire varier la
tension avec un générateur de tension réglable
Quel montage faut-il réaliser pour mesurer ces grandeurs ?
La séance s'arrête là et le montage sera réalisé la semaine suivante, la
caractéristique tension-courant sera alors tracée.
Bilan Ma vision du résistor était trop théorique, liée à son modèle, la démarche
suivante me semblait trop évidente : on cherche la caractéristique, puis
connaissant le courant nécessaire et la tension, on en déduit la valeur de
la résistance.
Le tracé de la résistance en fonction de l'intensité était une idée
astucieuse et pragmatique. Elle a permis aux élèves d'avoir confiance en
leur capacité à construire un raisonnement scientifique. On rejoint ici une
démarche classique (mesures, tracé d'un graphique avec extrapolation,
prévision du fonctionnement, vérification). 5/ Caractéristique résistor
schéma montage caractéristique
Description de la caractéristique.
Quelle est la tension maximale que peut supporter la résistance de 10( ?
Quelle est la résistance pour 12V et 20mA ?
Pourquoi ça ne correspond pas exactement à celle obtenue de façon
empirique ? (quelle est la tension aux bornes de la diode à 20mA ? quelle
est la tension aux bornes de la résistance ?) |I (A) |U (V) |P (W) | | | |
|-1,09E-02|-24 |0,26208 | | | |
|-6,81E-03|-15 |0,10215 | | | |
|-4,54E-03|-10 |0,0454 | | | |
|-2,26E-03|-5 |0,0113 | | | |
|0 |0 |0 | | | |
|8,75E-04 |1,9281 |0,001687088 | | | |
|1,75E-03 |3,864 |0,006777456 | | | |
|2,72E-03 |5,992 |0,01629824 | | | |
|3,62E-03 |7,966 |0,02883692 | | | |
|4,55E-03 |10 |0,0455 | | | |
|5,44E-03 |11,965 |0,0650896 | | | |
|6,35E-03 |13,947 |0,08856345 | | | |
|7,25E-03 |15,911 |0,11535475 | | | |
|8,14E-03 |17,878 |0,14552692 | | | |
|9,05E-03 |19,878 |0,1798959 | | | |
|9,95E-03 |21,85 |0,2174075 | | | |
| | |0 | | | |
| | | | | | |
| | | | | | |
| | |0 | | | |
| | |0 | | | |
| | |0 | | | |
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| | | | | | | TP : diviseur de tension Objectifs :
> Identifier un diviseur de tension, un diviseur de courant (aucun
savoir n'est exigé sur le diviseur de courant).
> Appliquer la loi du diviseur de tension. 1/ Générateur fixe
Comment obtenir un générateur de 6V à partir d'une batterie de 12V et d'un
jeu de résistances ?
Même question avec 3,8V. 2/ Générateur réglable
Même question avec une tension réglable.
(utilisation d'un potentiomètre) TP Montage potentiométrique avec rhéostat
1/ Présentation
Un rhéostat est un conducteur ohmique présentant une résistance totale
entre les bornes fixes et une résistance réglable entre une borne fixe et
un curseur.
Le rhéostat joue le rôle de deux résistances (valeur proportionnelle à la
position du curseur) d'un diviseur de tension. shéma (ici 1000() B est la borne reliée au curseur.
On note R la résistance totale entre A et M, R1 la résistance entre A et B,
R2 la résistan