cahier «corrigé» de travaux pratiques ÉlectricitÉ

Cahier «corrigé» de travaux pratiques

ÉLECTRICITÉ®

Référence Pierron : MT 03870Tous droits de reproduction interdits

• B.E.P. • Bac Pro (F.M.B.)

Jean-Marc LOURME & Serge BROUELProfesseurs au Lycée Professionnel Montjoux à Besançon

LES SCIENCES PHYSIQUESEN L.P.

PRÉFACE DES AUTEURS

Cet ouvrage de Travaux Pratiques de Sciences Physiques en classe de B.E.P. etBAC PRO (FMB) a pour objet de traiter les leçons d’électricité NÉCESSITANTIMPÉRATIVEMENT UNE DÉMARCHE EXPÉRIMENTALE.

Cahier de Travaux Pratiques et matériel sont indissociables ; ils constituent unensemble qui va susciter chez l’élève une réflexion basée sur un enseignement inductifpréconisé dans nos classes.

Ce cahier ne se substitue en aucun cas au cours dispensé par le professeur quiconserve bien entendu toute autonomie pour mener à bien sa leçon.

Il doit être simplement un support important au moment de développer, au seinde cette leçon, la phase expérimentale.

A cet effet, nous avons repertorié avec le plus grand soin le matériel nécessaire àchaque expérience et réalisé celle-ci dans son intégralité. Tout élément abimé ou perduest renouvelable.

Cette démarche permet au professeur de faire acquérir aux élèves les techniquesde la classe laboratoire en les faisant travailler par groupes de deux ou trois et de déve-lopper chez eux la capacité “réaliser”.

Remarque : les valeurs sont le résultat de notre expérimentation ; elles sontdonnées à titre indicatif.

Nous espérons que ce cahier de travail donnera une impulsion nouvelle àl’Enseignement des Sciences Physiques dans nos classes.

DES MÊMES AUTEURS :Les sciences physiques en LP : B.E.P. Bac Pro (FMB) cahier de TP statique et hydrostatiqueRéf MT 23900.Les sciences physiques en LP : B.E.P. Bac Pro (FMB) cahier de TP chimie Réf MT 23901.Les sciences physiques en LP : B.E.P. Bac Pro (FMB) cahier de TP optique et acoustiqueRéf MT 23903.

4

THÈMES TRAITÉS

INTENSITÉ DU COURANT ÉLECTRIQUE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .P 6

TENSION ÉLECTRIQUE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .P 9

CONDUCTEURS OHMIQUES, LOI D’OHM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .P 12

ASSOCIATION DE CONDUCTEURS OHMIQUES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .P 16

CONDUCTEURS OHMIQUES ; UNE APPLICATION : LE POTENTIOMÈTRE . . . . . . . . . . .P 19

PUISSANCE CONSOMMÉE PAR UN DIPÔLE RÉSISTIF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .P 21

LE COURANT ALTERNATIF SINUSOÏDAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .P 27

LE TRANSFORMATEUR MONOPHASÉ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .P 31

CARACTÉRISTIQUE D’UNE DIODE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .P 35

REDRESSEMENT ET FILTRAGE D’UN COURANT ALTERNATIF SINUSOÏDAL . . . . . . . . .P 38

CARACTÉRISTIQUE EXTERNE D’UN GÉNÉRATEUR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .P 42

RÉALISATION, MESURE D’UN DÉCALAGE ET CALCUL D’UN DÉPHASAGE . . . . . . . . . .P 46

LE TRANSISTOR : CARACTÉRISTIQUE DE SORTIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .P 49

UNE APPLICATION DU TRANSISTOR : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .P 52MISE EN SERVICE AUTOMATIQUE D’ÉCLAIRAGE

IMPÉDANCE D’UN HAUT PARLEUR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .P 54

5

DÉTAIL DU COFFRET ÉLECTRICITÉ TP MT 03870

1 - Lot de 3 multimètres

2 - Lot de 10 ampoules 6,5 V - 100 mA

3 - Lot de 3 supports pour ampoules à vis

4 - Interrupteur

5 - Lot de 10 cordons (5R-5N)

6 - Potentiomètres sur boîtier

7 - Boîte de résistances à mesurer

8 - Lot de 2 ampoules 12 V - 21 W

9 - Support pour ampoules à culot baillonnette

10 - Lot de 10 ampoules 6 V - 6 W

11 - Boîtier de résistors

12 - Lot de 2 adaptateurs BNC

13 - Transformateur

14 - Boîtier de composants électroniques

15 - Pont de Graëtz

16 - Condensateur

17 - Haut parleur

Environnement indispensable :

Alimentation stabilisée 6-12 V - 5 A - MT 4851

Générateur de fonctions (GBF) - MT 4070

Oscilloscope - MT 1143

ÉTUDE EXPÉRIMENTALE N°1 : intensité dans un circuit série.

6

INTENSITÉ du COURANT ÉLECTRIQUE

J’AI BESOIN DE :

1 - Multimètres (3)2 - Ampoules 6,5 V - 100 mA (2)3 - Supports pour ampoules à vis (2)4 - Interrupteur

5 - Fils de connexion (7) Alimentation 12 V continu non fournie dans le

coffretRéférence de l’alimentation : MT 4851

JE DOIS RÉALISER

21

+

+ + --

-A

A

KI2

I3

I1A

4 1

+-

Fig. 1.

5

VCOM

1

C

3

2

Fig. 2.

REMARQUE :je contrôle les ampoules et leur support :

Je visse les ampoules sur leur support (sans trop forcer).

A l’aide de 2 cordons, je relie les bornes V et COM d’un multimètre aux douilles d’un support (voir Fig. 2).

Je place le commutateur C du multimètre sur la position “Test de continuité”.

DÈS LA SONNERIE, je place le commutateur du multimètre sur “OFF”

S’il n’y a pas de sonnerie, j’appelle le professeur.

Je retire les cordons reliés aux bornes du boîtier.

Je vérifie de la même façon l’autre ampoule et son support.

J’UTILISE LE COFFRET ÉLECTRICITÉ

7

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

1 - Je place les sélecteurs de l’alimentation en position courant continu 12 V.

2 - Je relie l’alimentation au réseau.

3 - Je réalise le montage de la Fig. 1 EN RESPECTANT LES POLARITÉS AUX BORNES DES MULTIMÈTRES (lepole + est la borne mA, le pole - la borne COM). L’interrupteur est ouvert.

4 - Je mets en marche l’alimentation.

5 - Je place les commutateurs des trois multimètres sur la fonction DC (courant continu) calibre 200 mA.

6 - Je ferme le circuit à l’aide de l’interrupteur.

7 - Je relève les valeurs indiquées par les 3 ampèremètres à 10-1 mA près.

I1 = 96,2 mA ; I2 = 96,3 mA ; I3 = 96 mA

8 - Aux erreurs d’expérience près, je constate que

I1 = I2 = I39 - J’ouvre le circuit à l’aide de l’interrupteur.

10 - Je place les commutateurs des multimètres sur la position “OFF”

11 - Je coupe l’alimentation.

12 - Je débranche chaque appareil.

8

ÉTUDE EXPÉRIMENTALE N°2 : Intensité dans un circuit dérivation

JE DOIS RÉALISER

2

1

1

+

+

+

-

-

-A

A

K

I2

I

4

+

-A

I1

Fig. 3.



3 - Je réalise le montage de la Fig. 3 EN RESPECTANT LES POLARITÉS AUX BORNES DES MULTIMÈTRES.J’utilise la borne mA, l’interrupteur est ouvert.


5 - Je place les commutateurs des trois multimètres sur la fonction DC calibre 200 mA.


7 - Je relève les valeurs indiquées par les 3 ampèremètres à 10-1 mA près.

I = 185,5 mA ; I1 = 88,3 mA ; I2 = 97,5 mA

8 - J’ouvre le circuit à l’aide de l’interrupteur.

9 - Je place les commutateurs des multimètres sur la position “OFF”

10 - Je calcule I1 + I2 : I1 + I2 = 88,3 + 97,5 = 185,8 mA

11 - Je compare I à I1 + I2 :

Aux erreurs d’expérience près, je constate que I = I1 + I2


13 - Je range le matériel avec soin.

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

J’AI BESOIN DE :

1 - Multimètres (3)2 - Ampoules 6,5 V - 100 mA (2)3 - Supports pour ampoules à vis (2)4 - Interrupteur5 - Fils de connexion (8)

Alimentation 6 V continu non fournie dans lecoffret

Référence de l’alimentation : MT 4851


ÉTUDE EXPÉRIMENTALE N°1 : tension dans un circuit série

9

TENSION ÉLECTRIQUE

J’AI BESOIN DE :

1 - Multimètre (1)2 - Ampoules 6,5 V - 100 mA (2)3 - Supports pour ampoules à vis (2)4 - Interrupteur

5 - Fils de connexion (6) Alimentation 12 V continu non fournie dans le


JE DOIS RÉALISER

2A B C

K

L2L1

UAB UBC4

I

UAC

+

-

Fig. 1.

REMARQUE :je contrôle les ampoules et leur support : Voir TP “Intensité du courant électrique” Etude expérimentale n° 1.



3 - Je réalise le montage de la Fig. 1 ; l’interrupteur est ouvert.



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


10

A RETENIR :

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

7 - Je mesure la tension UAB aux bornes de L1 en respectant lespolarités (voir Fig. 2).

8 - Je relève la valeur indiquée par le voltmètre à 10-2 V près

UAB = 6,45 V

9 - En procèdant comme précédemment, je mesure la tension UBCaux bornes de L2 (voir Fig. 3).

10 - Je relève la valeur indiquée par le volmètre à 10-2 V près.

UBC = 5,68 V

11 - Je mesure enfin la tension UAC aux bornes del’ensemble des deux ampoules (voir Fig. 4).

12 - Je relève la valeur indiquée par le voltmètre à10-2 V près.

UAC = 12,14 V

+ -

AL1I B

UAB

VFig. 2.

+ -

BL2I C

UBC

V

+ -

A CL2L1I B

UAC

V

Fig. 3.

Fig. 4.


14 - Je place le commutateur du multimètre sur la position “OFF”

15 - Je calcule UAB + UBC :UAB + UBC = 6,45 + 5,68 = 12,13 V

16 - Je compare UAC à UAB + UBCAux erreurs d’expérience près, je constate que UAC = UAB + UBC



11

ÉTUDE EXPÉRIMENTALE N°2 : tension dans un circuit dérivation

JE DOIS RÉALISER

2

KI2

L1 L2

I

4

A C

B D

I1

UAB UCD

+

-

Fig. 5.

REMARQUE :je contrôle les ampoules et leur support : Voir TP “Intensité du courant électrique” Etude expérimentale n° 1.



3 - Je réalise le montage de la Fig. 5 ; l’interrupteur est ouvert.



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

7 - Je mesure la tension UAB aux bornes de L1 en respectant les polarités.

8 - Je relève la valeur indiquée par le volmètre à 10-2 V près UAB = 6,03 V

9 - En procèdant comme précédemment, je mesure la tension UCD aux bornes de L2.

10 - Je relève la valeur indiquée par le volmètre à 10-2 V près. UCD = 6,03 V



13 - Je compare UAB et UCD :

Aux erreurs d’expérience près, je constate que UAB = UCD14 - Je coupe l’alimentation.


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

J’AI BESOIN DE :

1 - Multimètre (1)2 - Ampoules 6,5 V - 100 mA (2)3 - Supports pour ampoules à vis (2)4 - Interrupteur5 - Fils de connexion (7)




ÉTUDE EXPÉRIMENTALE

12

CONDUCTEURS OHMIQUES. LOI d’OHM

J’AI BESOIN DE :

1 - Multimètres (2)4 - Interrupteur5 - Fils de connexion (7)6 - Potentiomètres sur boîtier

7 - Boîte de résistances à mesurer Alimentation 6 V continu non fournie dans le


JE DOIS RÉALISER

7

+ -

K4

1

16

Rh

+

-V

A

R+

-

Fig. 1.

Fig. 2.



3 - Je réalise le montage de la Fig. 1 en respectant les polarités. La figure 2 décrit le montage du rhéostat.L’interrupteur est ouvert. J’utilise le résistor R3 de la boîte de résistances (R sur la Fig. 1).

MONTAGE DU RHÉOSTAT


4 - Je règle le rhéostat à sa résistance maximale (470 Ω) en tournant le bouton vers la droite.


6 - Je place le commutateur de l’ampèremètre sur la fonction DC calibre 200 mA et celui du voltmètresur la fonction DC calibre 20 V.

7 - Je ferme l’interrupteur.

8 - Je fais tourner très doucement le bouton du rhéostat en observant l’ampèremètre et j’affiche lavaleur 30 mA.

9 - Je relève la valeur de la tension indiquée par le voltmètre (à 10-2 V près) et la reporte dans le tableau.Je fais de même pour les autres valeurs de I indiquées dans le tableau.


11 - Je place les commutateurs des multimètres sur la position “OFF”.

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

13 - Je calcule les rapports U/I et reporte les valeurs dans le tableau à 10-1 près. Aux erreurs d’expérienceprès, je constate que U/I est un rapport constant

U et I sont des grandeurs proportionnelles

14 - Je calcule la valeur moyenne de ce rapport à 10-1 près :

U =

39 + 38,8 + 39 + 39,2 + 39,3= 39,1

I 5



17 - Le rapport constant U est la résistance du résistor, dont l’unité est l’Ohm (symbole : Ω). Symbole de I

la résistance : R

On peut donc écrire : U

= R ou encore.I

U = R. I Ici : R = 39,1 Ω(V) (Ω) (A)

13

I (mA) 30 40 50 60 70

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

U(V) 1,17 1,55 1,95 2,35 2,75

U (V) 39 38,8 39 39,2 39,3I (A)

A RETENIR :

Loi d’Ohm : La tension aux bornes d’un résistor est égale au produit de sa résistance par l’in-tensité qui le traverse. U (V) = R.I

(Ω) (A)

14

18 - On peut désormais MESURER DIRECTEMENT LA RÉSIS-TANCE d’un résistor à l’aide d’un multimètre branché enOHM-MÈTRE (voir Fig. 3).

a) Je mesure la résistace R du résistor utilisé précédemment.

b) Je relève la valeur indiqué par le multimètre,je lis R = 38,9 Ω

c) Je place le commutateur du multimètre sur la position“OFF”

d) Je compare cette valeur à celle trouvée précédemmentau 17°) : Ces deux valeurs sont pratiquementidentiques

Pour aller plus loin...

COM

1

7

R3

Fig. 3.

15

19 - A partir des résultats indiqués dans le tableau, je reporte les points d’abscisse I et d’ordonnée U.

20 - Je constate que les points sont alignés21 - Je joins ces points et constate que la droite passe par l’origine

22 - Je débranche chaque appareil et range le matériel avec soin.

REMARQUES :On reconnaît la fonction linéaireCette droite représente la CARACTÉRISTIQUE du résistor.

CARACTÉRISTIQUE INTENSITÉ-TENSION DU RÉSISTOR.

0

1

2

3

U(V)

0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 I(A)

ÉTUDE EXPÉRIMENTALE N°1 : association en série

16

J’AI BESOIN DE :

1 - Multimètre (1)5 - Fils de connexion (4)

7 - Boîte de résistances à mesurer

JE DOIS RÉALISER

1 - Je place le commutateur du multimètre sur lafonction Ohm calibre 200 Ω

2 - Je mesure à l’aide de l’ohm-mètre la résistancedu conducteur ohmique R1.

3 - Je relève la valeur indiquée par le multimètre à10-1 Ω près

R1 = 4 Ω

4 - En procédant de la même façon, je mesure les

résistances des conducteurs R2 et R3 et je

relève les valeurs indiquées :

R2 = 15 Ω R3 = 38,9 Ω

5 - Je place le commutateur du multimètre sur la

position “OFF”

6 - Je calcule à 10-1 Ω près R1 + R2 + R3 :

R1 + R2 + R3 = 4 + 15 + 38,9 = 57,9 Ω

7 - Je réalise le montage de la Fig. 1.

8 - En placant le commutateur du multimètre sur la fonction ohm calibre 200 Ω, je mesure la résistancedes trois dipôles placés en série : Re = 57,7 Ω

9 - Je place le commutateur du multimètre sur la position “OFF”.

10 - Je compare Re et R1 + R2 + R3 :

Aux erreurs d’expérience près, je constate que Re = R1 + R2 + R3


ASSOCIATION de CONDUCTEURS OHMIQUES

71

R3

R1 R2

Fig. 1.

A RETENIR :Lorsque des conducteurs ohmiques sont placés en série, les résistances s’ajoutent.

Re = R1 + R2 + R3 + + Rn


17

ÉTUDE EXPÉRIMENTALE N°2 : association en dérivation

JE DOIS RÉALISER

1

R2

R1

R3

7

1 - Je réalise le montage de la Fig. 2

2 - Je place le commutateur du multimètre sur la fonction Ohm calibre 200 Ω3 - Je mesure à l’aide de l’ohm-mètre la résistance de l’ensemble des 3 dipôles placés en dérivation.

Re = 3 Ω


5 - Je compare la valeur trouvée à celle trouvée précédemment (étude expérimentale n° 1 ; 8°)

Ces deux valeurs sont différentes

6 - Rappel : R1 = 4 ΩR2 = 15 ΩR3 = 38,9 Ω

7 - Je calcule 1 + 1 + 1 à 10-1 Ω près.R1 R2 R3

1 + 1 + 1 = 1 + 1 + 1 = 0,3R1 R2 R3 4 15 38,9

8 - Je calcule 1 à 10-1 Ω près. (Pour la valeur de Re, je me rapporte au 3°).Re

1 = 1 = 0,3Re 3

Ces valeurs ont été déterminéeslors de l’étude expérimentale n° 1(voir 3°) et 4°)).

Fig. 2.

J’AI BESOIN DE :

1 - Multimètre (1)5 - Fils de connexion (6)7 - Boîte de résistances à mesurer


18

Pour aller plus loin...

10 - Je cherche par le calcul la résistance équivalente à celle du “groupe mixte” de résistors ci-dessous :

R1 +R2 = 3,9 + 14,9 = 18,8 ΩDans le cas de deux résistors associés en dérivation

1 = 1 + 1Re 18,8 39,3

1 = 0,078Re

Re = 12,8 Ω

11 - Je réalise le montage et VÉRIFIE EXPÉRIMENTALEMENT le résultat trouvé en utilisant l’ohm-mètre.



A RETENIR :lorsque des conducteurs ohmiques sont associés en dérivation, les inverses des résistances s’ajoutent.

1 = 1 + 1 + 1 + + 1Re R1 R2 R3 Rn

9 - Je compare 1 à 1 + 1 + 1Re R1 R2 R3

Aux erreurs d’expérience près, je constate que : 1 = 1 + 1 + 1Re R1 R2 R3


19

CONDUCTEURS OHMIQUES. UNE APPLICATION : le POTENTIOMÈTRE

J’AI BESOIN DE :

1 - Multimètre (1)4 - Interrupteur5 - Fils de connexion (5)6 - Potentiomètres sur boîtier



JE DOIS RÉALISER

1 - Je réalise le montage de la Fig. 1 (j’utilise le potentiomètre 10 kΩ).

2 - Je place le commutateur du multimètre sur la fonction Ohm calibre 20 kΩ3 - Je fais tourner le bouton du potentiomètre 10 kΩ dans un sens, puis dans l’autre sens.

4 - Je fais la constatation suivante : la résistance varie de 0 à 10 kΩ


COM

1

6

470 10 K

RJN

Fig. 1.

1

4

6

+

-V

K

A

B

+

-

UAB UCB

C(jaune)

(rouge)

(noir)

Fig. 2.


20

6 -



9 - Je réalise le montage de la Fig. 2 en respectant les polarités et en utilisant le potentiomètre 10 kΩ.L’interrupteur est ouvert.

10 - Je mets en marche l’alimentaiton.

11 - Je place le commutateur du voltmètre sur la fonction DC calibre 20 V.


13 - Je fais touner doucement le bouton du potentiomètre dans un sens, puis dans l’autre en obser-vant les tensions affichées par le multimètre.

Je fais la constatation suivante : la tension varie

La tension est RÉGLABLE de 0 V à 12,15 V

14 - J’ouvre l’interrupteur.



17 -


>

REMARQUE :Lorsqu’on n’utilise que les bornes rouge et jaune du potentiomètre, celui-ci fonctionne EN RHÉOSTAT.

Un rhéostat se comporte comme une résistance réglable.

REMARQUES : Le montage de la Fig. 2 est appelé montage potentiométrique, il permet d’obtenir une tension UCB

réglable entre O et UAB (voir Fig. 2).

Un rhéostat permet de faire varier l’intensité (voir TP loi d’Ohm - 8°)

Un potentiomètre permet de faire varier la tension

A RETENIR :

Le montage potentiomètrique permet d’obtenir une tension de sortie règlable.

J NR

ÉTUDE EXPÉRIMENTALE N°1 : puissance consommée par une ampoule

21

PUISSANCE CONSOMMÉE par UNDIPÔLE RÉSISTIF

J’AI BESOIN DE :

1 - Multimètres (2)4 - Interrupteur5 - Fils de connexion (6)8 - Ampoule 12 V - 21 W

9 - Support pour ampoule à culot baillonnettes Alimentation 12 V continu non fournie dans le


JE DOIS RÉALISER

+

-

+

-

V

A

K4

8

1

1

+-

Fig. 1.

1 - J’utilise l’ampoule à culot baillonnettes et je lis les indications portées sur le culot de celle-ci :

12 V ; 21 W12 V est la tension sous laquelle elle doit être utilisée ; 21 W est sa “PUISSANCE NOMINALE”.

2 - Je monte l’ampoule sur son support.

3 - Je contrôle l’ampoule et son support (Test de continuité. Voir TP “Instensité du courant électrique”).



6 - Je réalise le montage de la Fig. 1 en respectant les polarités. J’UTILISE LA BORNE 20 A du multimètre.L’interrupteur est ouvert.



22

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


10 - Je relève la valeur de la tension indiquée par le voltmètre (à 10-2 V près) et la valeur de l’intensitéindiquée par l’ampèremètre (à 10-2 A près).

U = 11,71 V I = 1,73 A



13 - La puissance consommée par un dipôle résistif est donnée par la formule :

P(W) = U(V) . I(A)

Je calcule P à 10-2 près :

P = 11,71 x 1,73 P = 20,26 W

14 - Je compare la valeur trouvée à la puissance nominale (voir 1er)

Cette valeur est légèrement inférieure à la puissance nominale

J’expliquerai pourquoi la puissance calculée est légèrement inférieure à la puissance nominale enm’inspirant du TP “Caractéristique externe d’un générateur” qui sera étudié ultérieurement.


16 - Je débranche tous les éléments.

ÉTUDE EXPÉRIMENTALE N°2 : puissance consommée par des résistors associés en série

23

JE DOIS RÉALISER

1 1

1010

K

I L1 L2

U1

U

U2

4

+

+ -

+ - + -

-

V V

A

Fig. 2.

1 - Multimètres (3)3 - Supports pour ampoules à vis (2)4 - Interrupteur5 - Fils de connexion (9)

10 - Ampoule 6 V - 6 W (2) Alimentation 12 V continu non fournie dans le


1 - J’utilise 2 ampoules 6 V - 6 W.

2 - Je monte les ampoules sur leur support.

3 - Je contrôle les ampoules et leur support (Test de continuité).

4 - Je place les sélecteurs de l’alimentation en courant continu 12 V.

5 - Je réalise le montage de la Fig. 2 en respectant les polarités. L’interrupteur est ouvert.

J’UTILISE LA BORNE 20 A DE L’AMPÈREMÈTRE.


7 - Je place le commutateur de l’ampèremètre sur la fonction DC calibre 20 A et celui des voltmètres surla fonction DC calibre 20 V.


9 - Je relève les valeurs U1, U2 et I à 10-2 près.

U1 = 5,95 V U2 = 5,91 V I = 1 A



J’AI BESOIN DE :


24

12 - Je calcule les puissances P1 et P2 absorbées par chaque ampoule ainsi que la puissance P absorbéepar l’ensemble à 10-2 W près.

P1 = U1 x I = 5,95 x 1 = 5,95 W

P2 = U2 x I = 5,91 x 1 = 5,91 W

P1 + P2 = 5,95 + 5,91 = 11,86 W

P1 + P2 = 11,86 W

RAPPEL (Voir TP “Tension Electrique”) : U = U1 + U2

Ici, U = 5,95 + 5,91 = 11,86 V

P = U x I = 11,86 x 1 = 11,86 W

P = 11,86 W

13 - Je compare P à P1 + P2 :

Aux erreurs d’expérience près, je constate que P = P1 + P2


15 - Je débranche tous les éléments.

A RETENIR :

Les puissances absorbées par des résistors associés en série s’ajoutent.

ÉTUDE EXPÉRIMENTALE N°3 : puissance consommée par des résistors associés endérivation

25

JE DOIS RÉALISER

10

A 1-

+

+

-

-

+

+

-

A

VK

I2I1

L2L1

I

4

1

Fig. 3.

1 - Multimètres (3)3 - Supports pour ampoules à vis (2)4 - Interrupteur5 - Fils de connexion (9)

10 - Ampoules 6 V - 6 W (2) Alimentation 6 V continu non fournie dans le


J’AI BESOIN DE :

1 - J’utilise 2 ampoules 6 V - 6 W.

2 - Je monte les ampoules sur leur support.

3 - Je place les sélecteurs de l’alimentation en courant continu 6 V.

4 - Je réalise le montage de la Fig. 3 en respectant les polarités. L’interrupteur est ouvert.

J’UTILISE LA BORNE 20 A DES AMPÈREMÈTRES.


6 - Je place les commutateurs des ampèremètres sur la fonction DC calibre 20 A et celui du voltmètresur la fonction DC calibre 20 V.


8 - Je relève I1, I2 et U à 10-2 près.

I1 = 0,99 A I2 = 0,99 A U = 5,68 V




26

11 - Je calcule les puissances P1 et P2 absorbées par chaque ampoule ainsi que la puissance P absorbéepar l’ensemble à 10-2 W près.

P1 = U x I1 = 5,68 x 0,99 = 5,62 W

P2 = U x I2 = 5,68 x 0,99 = 5,62 W

P1 + P2 = 5,62 + 5,62 = 11,24 W

P1 + P2 = 11,24 W

RAPPEL (Voir TP Intensité du courant électrique : étude expérimentale n°2 : I = I1 + I2).

Ici, I = 0,99 + 0,99 = 1,98 A

P = U x I = 5,68 x 1,98 = 11,25 W

P = 11,25 W

12 - Je compare P à P1 + P2 :

Aux erreurs d’expérience près, je constate que

P = P1 + P2


14 - Je débranche tous les éléments et je range le matériel avec soin.

A RETENIR :

Les puissances absorbées par des résistors associés en dérivation s’ajoutent.


27

LE COURANT ALTERNATIF SINUSOÏDAL

J’AI BESOIN DE :

1 - Multimètre4 - Interrupteur5 - Fils de connexion (7)

11 - Boîtier de résistors12 - Adaptateurs BNC (2)

Générateur basse fréquence (GBF) non livrédans le coffret ; référence du GBF : MT 4070.

Oscilloscope non livré dans le coffret ; réfé-rence de l’oscilloscope : MT 1143.

JE DOIS RÉALISER

11

4K

GBF

Voie 1

Fig. 1.

Fig. 2.

DÉTAIL DU MONTAGE DE LA Fig. 1

CH IICH I

470

Boîtier de résistors

oscilloscope

interrupteur

GBFR N RN


28

REMARQUE :concernant l’oscilloscope HAMEG réf. MT 1143 avant la mise sous tension :

Toutes les touches doivent être sorties.

Les boutons 13, 33 et 27 sont en butée à droite (voir Fig. 3).

Le bouton 7 est en butée à gauche (voir Fig. 3).

Le repère des boutons 6 et 22 est dirigé vers le haut (voir Fig. 3).

Le sélecteur 9 (voir Fig. 3) est sur la position la plus haute (AC).

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


L’interrupteur est ouvert. Je fixe les adaptateurs BNC, le premier sur la voie 1 de l’oscilloscope, ledeuxième sur la sortie 50/600 Ω du GBF. Le bouton poussoir 50/600 Ω du GBF est sorti.

J’utilise la résistance 470 Ω du boîtier de résistors.

3 - Je mets en marche le GBF et l’oscilloscope.

4 - Avec le GBF, j’affiche la fréquence f = 50 Hz. Courant sinusoïdal ~.

5 - Je règle la position verticale à l’aide du bouton (22) pour que la trace du faisceau coïncide avec l’axehorizontal situé au centre de l’écran.


7 - Je place le sélecteur de la base de temps (bouton 12) sur le calibre 2 ms.

POWER

Y-POS. I Y-POS. II

INPUT CHIIINPUT CHI

INVERT INVERTADDDUAL

X5

Y-MAG.

VERT. MODE CAL.CAL.CH I/II

(X)

ACDC GD

ACDCGD

VAR.2.5: 1

VAR.2.5:1

X-MAG.X1

X1

TR

X-Y TIME/DIV.

VOLTS / DIV. OVER

SCAN

VOLTS / DIV.

AT/NORM.

LEVEL

TRIG. INP.

CH IIOFFONCAL. 1kHz

1MHz2

VppCOMP.TESTER

0,2Vpp CHOP.

SLOPE TRIG. EXT.ALT.

TRIG.

AC

1 50

-1

2 20

-2 2

5 10

-1 -5

10 5

50 1

20 2

5 12

5

1 3

1010

2

5

50

20

20

-5 -2

HOLD OFFX-POS.INTENS.

FOCUS HAMEG30 MHz

OSCILLOSCOPE HM303-4

DCLFTV

max.100Vp

max.400Vp

CH Imax.400Vp

X10

V mV5

1 3

1010

2

5

50

20

20

-5 -2

V mV

ms s

ss

TR

22 38

23 36

26 27

7

333028 31

12 136 9

TRIG.I/II

Fig. 3.

29

8 - Je place le sélecteur de sensibilité (en V/div) (bouton 26) sur le calibre 2 V.

9 - En agissant sur le bouton amplitude du GBF, je fais en sorte que le sommet de la courbe coïncide avecle sommet du 4e carreau (voir Fig. 4).

10 - Je compare la courbe obtenue à l’oscilloscope avec celle de la Fig. 4.

elle est identique

T est la PÉRIODE. Elle s’exprime en secondes (s) : T (s)

UM est la TENSION MAXIMALE. Elle s’exprime en Volts (V) : UM (V)

11 - Je détermine la période T de la courbe obtenue à l’oscilloscope (1 carreau = 2 ms).

T = 10 x 2 x 10-3 = 0,02

T = 0,02 s

f est la fréquence. Elle s’exprime en Hertz (Hz) ; f (Hz)

RAPPEL : f = 50 Hz.

REMARQUE :La courbe obtenue est une sinusoïde ; si nécessaire, je centre la courbe à l’aide du bouton (6) (X.pos).

T T0

UM

U(v)

2t(s)

Fig. 4.

^

30

12 - Je calcule l’inverse de la période : 1 = 1 = 50T 0,02

13 - Je compare 1 et f : Aux erreurs d’expérience près, je constate que :T

f = 1T

14 - J’affiche la fréquence 100 Hz. Je calcule T :

T = 1 T = 0,01 s

Je vérifie expérimentalement le résultat trouvé à l’aide de l’oscilloscope.

15 - Je fais de même pour f : 200 Hz

T = 1 T = 0,005 s

16 - J’affiche de nouveau la fréquence 50 Hz.

17 - Je calcule la tension maximale UM : 4 x 2 = 8

UM = 8 V

18 - Je place le commutateur du multimètre sur la fonction AC calibre 20 V.

19 - Je relie le multimètre aux bornes du résistor et je relève la valeur de la tension efficace U(V) indiquéepar celui-ci ( à 10-2 V près) U = 5,67 V

RAPPEL : UM = 8 V.


21 - Je calcule à 10-2 près le rapport UM UM = 8 = 1,41U U 5,67

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

22 - J’ouvre l’interrupteur, j’éteins l’oscilloscope et le GBF, je débranche les appareils et je range le matériel avec soin.

A RETENIR :

La fréquence est l’inverse de la période : f = 1(Hz) T(s)

REMARQUE :f et T sont des grandeurs INVERSEMENT PROPORTIONNELLESsi je double f, T est divisée par deux, si je quadruple f, T est divisée par quatre, etc ...

REMARQUE :UM = √2 > UM = U √2 > U = UM.U √2

A RETENIR :Le rapport entre la tension maximale UM et la tension effecace U est : √2

UM = √2U

100

200

ÉTUDE EXPÉRIMENTALE N°1 : étude du transformateur à vide

31

LE TRANSFORMATEUR MONOPHASÉ

J’AI BESOIN DE :

1 - Multimètres (2)5 - Fils de connexion (6)

13 - Transformateur

Alimentation 6 V alternatif non fournie dans lecoffret


JE DOIS RÉALISER

U1

N1 N2

U2

1

V

1

V

13

Fig. 1.


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


4 - Je place les commutateurs des deux multimètres sur la fonction AC calibre 20 V.


6 - Je relève les valeurs indiquées par les multimètres et les reporte dans le tableau à 10-2 V près.

REMARQUE :le primaire est l’enroulement relié à la source, l’autre étant le secondaire. N1 est le nombre de spires du pri-maire, N2 le nombre de spires du secondaire. je choisis N1 : 900 sp et N2 = 900 sp.


32

7 - En procedant comme précédemment, je mesure les autres valeurs de U1 et de U2 et les reporte dansle tableau à 10-2 V près.


9 - Je calcule les rapports N1 et U1 et je les reporte dans le tableau à 10-1 V près. Je compare ces rapports :N2 U2

Aux erreurs d’expérience, je constate que les rapports sont les mêmes


A RETENIR :Dans un transformateur à vide, tension et nombre de spires sont proportionnels :

U1=

N1.

U2 N2

N1 900 1800 900 1800

N2 900 1800 1800 900

U1(V) 6,55 6,57 6,65 6,66

U2(V) 6,63 6,36 12,87 3,22

N1 1 1 0,5 2N2

U1 1 1 0,5 2,1U2

ÉTUDE EXPÉRIMENTALE N°2 : étude du transformateur en charge

33

J’AI BESOIN DE :

1 - Multimètre (2)4 - Interrupteur5 - Fils de connexion (7)7 - Boîte de résistances à mesurer

13 - Transformateur Alimentation 6 V alternatif non fournie dans le


JE DOIS RÉALISER

N1I1 I2N2

K13

41 1

AA

7

Fig. 2.

1 - Je relie l’alimenation au réseau.

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

3 - Je réalise le montage de la Fig. 2 : le résistor est le résistor R1 de la boîte de résistances.L’interrupteur est ouvert. Je choisis N1 = 900 sp et N2 = 900 sp.

4 - Je place les commutateurs des deux multimètres sur la fonction AC calibre 200 mA.



7 - Je relève les valeurs indiquées par les multimètres et les reporte dans le tableau à 10-1 mA près.


34

8 - En procédant comme précédemment, je mesure les autres valeurs de I1 et de I2 et les reporte dansle tableau à 10-1 mA près.



11 - Je calcule les rapports N1 et I2 et je les reporte dans le tableau à 10-1 près. Je compare ces rapports :N2 I1

Aux erreurs d’expérience, je constate que

les rapports sont les mêmes


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

A RETENIR :Dans un transformateur en charge, intensité et nombre de spires sont inversement proportionnels :

I2 =N1

I1 N2

N1 900 1800 900 1800

N2 900 1800 1800 900

I1(mA) 60,7 33,2 96,4 18,3

I2(mA) 57,6 32,1 46,5 35

N1 1 1 0,5 2N2

U1 0,9 1 0,5 1,9U2


35


2 - Je réalise le montage de la figure : la source de courant est une alimentation de courant continuvariable fourni à partir du montage potentiomètrique décrit dans le TP “conducteurs ohmiques, lepotentiomètre”. J’utilise le potentiomètre 10 KΩ et la résistance 220 Ω du boîtier de résistors.

L’interrupteur est ouvert. L’alimentation est réglée sur courant continu 6 V.

3 - Je place le commutateur du voltmètre sur DC calibre 2 V et celui de l’ampèremètre sur DC calibre20 mA.

4 - Je respecte les polarités.

5 - Je place le bouton du potentiomètre sur la position 10 kΩ (bouton tourné vers la gauche).

6 - Je mets en marche le générateur et je ferme l’interrupteur.

CARACTÉRISTIQUE d’une DIODE

J’AI BESOIN DE :

1 - Multimètres (2)4 - Interrupteur5 - Fils de connexion (9)6 - Potentiomètres sur boîtier

11 - Boîtier de résistors

14 - Boîtier de composants électroniques



JE DOIS RÉALISER

1

11

+

+ -

-V

K

+

-

RP

(Rouge)

(Jaune)

(noir)

4

14

A

1

6


Fig.

36

7 - En tournant lentement le bouton du potentiomètre (vers la droite), j’affiche les tensions ci-dessous etcomplète le tableau, en indiquant les valeurs de I à 10-2 mA près.

8 - J’ouvre l’interrupteur, coupe l’alimentation et remets les multimètres à zéro.

9 - Je trace la courbe I = f(U) à partir des résultats obtenus.

U(V) 0 0,50 1 1,20 1,30 1,40 1,44 1,48 1,52 1,54 1,58 1,60 1,62 1,63 1,64

I(mA) 0 0 0 0 0,01 0,05 0,11 0,26 0,70 1,18 3,36 5,72 9,83 13 18

REMARQUE :Cette courbe est la caractéristique directe de la diode, les tensions choisies étant positives.

37

0

1

I(mA)

1 1,1 1,51,4 1,6U(V)

2

3

4

5

6

10

12

10 - J’observe la courbe et je constate que les derniers points sont alignés.

11 - Je trace la droite les joignant et coupant l’axe des abscisses. Le point d’intersection représente LA TENSIONDE SEUIL de la diode (Us). Ici, Us = 1,59 V.

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

CARACTÉRISTIQUE TENSION - INTENSITÉ D’UNE DIODE (I = f (U))

cahier «corrigé» de travaux pratiques ÉlectricitÉ

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