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CHAPITRE X3 : De la loi d’ohm à la puissance électrique
Activité 01 : La loi d’ohm
Rappel : Tension et intensité.
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Sur les appareils électriques apparaissent des VALEURS NOMINALES. Ce sont les grandeurs électriques pour lesquelles l’appareil fonctionne normalement. Pour cette ampoule, la tension et l’intensité nominale valent respectivement 3V et 100mA. Ainsi pour des valeurs inférieures, elle ne brille pas ou peu, pour des valeurs supérieures, elle se détériore très vite et grille. |
Problématique : Comment permettre à cette lampe de fonctionner normalement c’est en respectant les valeurs nominales qui la caractérisent avec une pile 4,5 V ?
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Notion de résistance
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Symbole normalisé
Grandeur électrique mesurée en OHM (Ω) |
Définition :
La résistance est la grandeur qui caractérise, pour un matériau conduction, son aptitude plus ou moins importante à conduire le courant électrique. |
Utilisation d’un ohmmètre.
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Protocole : Effet d’une résistance dans un circuit.
Protocole : Effet d’une résistance dans le circuit.
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Schéma normalisé du circuit |
Résultats de mesures :
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Point étape dans la résolution du problème.
Point étape dans la résolution du problème.
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Protocole : Réaliser la caractéristique d’une résistance
Protocole : Réaliser la caractéristique d’une résistance
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Résultats de mesures : la valeur de la résistance est fixée à 179 Ω
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Interprétation graphique :
Interprétation graphique :
Réaliser à l’aide d’un tableur grapheur (Desmos), l’étude des données expérimentales.
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BILAN
Bilan : Loi d’ohm
Cette loi généralise le comportement mis en évidence ci-dessus à tous dipôles se comportant comme une “résistance”. On appelle ces dipôles de conducteur ohmique.
UR = R x IR
avec
R (Ω): valeur de la résistance du conducteur ohmique.
UR(V): la tension à ces bornes.
IR(A) : le courant qui le traverse.
CHAPITRE X3 : De la loi d’ohm à la puissance électrique
Activité 01 : La loi d’ohm
Rappel : Tension et intensité.
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Sur les appareils électriques apparaissent des VALEURS NOMINALES. Ce sont les grandeurs électriques pour lesquelles l’appareil fonctionne normalement. Pour cette ampoule, la tension et l’intensité nominale valent respectivement 3V et 100mA. Ainsi pour des valeurs inférieures, elle ne brille pas ou peu, pour des valeurs supérieures, elle se détériore très vite et grille. |
Problématique : Comment permettre à cette lampe de fonctionner normalement c’est en respectant les valeurs nominales qui la caractérisent avec une pile 4,5 V ?
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Notion de résistance
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Symbole normalisé
Grandeur électrique mesurée en OHM (Ω) |
Définition :
La résistance est la grandeur qui caractérise, pour un matériau conduction, son aptitude plus ou moins importante à conduire le courant électrique. |
Utilisation d’un ohmmètre.
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Comment varie les grandeurs électriques quand on insère une résistance dans un circuit ?
Protocole :
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Schéma normalisé du circuit |
Photo du circuit correspondant |
Résultats de mesures :
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Tension UG aux bornes du générateur |
Tension UL aux bornes de lampe |
Tension UR aux bornes de la résistance |
Intensité I du courant dans le circuit |
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Avec R = 100 ohms |
4,29 V |
0,11 V |
3,72 V |
37,4 mA |
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Avec R = 149 ohms |
4,30 V |
0,15 V |
4,07 V |
27,3 mA |
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Avec R = 178 ohms |
4,29 V |
0,46 V |
4,13 V |
23,1 mA |
Interprétations :
– On observe que lorsque que R augmente, UL augmente quand I diminue
– On reconnaît la loi des tensions vue en classe de quatrième : UG = UL + UR
– Pour répondre à notre problématique initiale, une intensité de 100 mA dans le circuit, on pressent qu’il faut adapter la résistance.
Point étape dans la résolution du problème.
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Les valeurs notées en rouge sont imposées par les valeurs nominales. Dans ces conditions qu’elle doit être la tension au bornes de la résistance ?
UG = UL + UR
UR = UG – UL
UR = 4,5 – 3 = 1,5 V
Quelle valeur de résistance choisir pour que la tension aux bornes de celui-ci soit égale à 1,5 V ?
Etudions la caractéristique d’une résistance. |
Protocole : Réaliser la caractéristique d’une résistance
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Schéma du circuit permettant de tracer la caractéristique d’une “résistance”. |
Résultats de mesures : la valeur de la résistance est fixée à 179 Ω
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Interprétation graphique :
Réaliser à l’aide d’un tableur grapheur (Desmos), l’étude des données expérimentales.
Compte tenu des incertitudes de mesures, on peut dire que les points semblent être alignés suivant une fonction linéaire du type :
UR = a x I.
Les grandeurs UR et I sont liées entre elles par la proportionnalité.
Le coefficient de proportionnalité est égale à la pente de la droite. Une régression linéaire permet d’y accéder, on obtient a = 179 V/A
La valeur de ce coefficient est proche de la valeur de résistance utilisée.
Le coefficient de proportionnalité en U et I est-il égal à la valeur de la résistance en ohm ?
Protocole : Réaliser la caractéristique d’autres résistances
Interprétation :
Le coefficient de proportionnalité entre la tension aux bornes de la résistance est toujours égal, à quelques incertitudes de mesure près, à la valeur de la résistance utilisée.
Bilan : Loi d’ohm
Cette loi généralise le comportement mis en évidence ci-dessus à tous dipôles se comportant comme une “résistance”. On appelle ces dipôles de conducteur ohmique.
UR = R x IR
avec
R (Ω): valeur de la résistance du conducteur ohmique.
UR(V): la tension à ces bornes.
IR(A) : le courant qui le traverse.
Conclusion :
Pour faire fonctionner une lampe (3V,100mA) avec une pile 4,5 V dans un circuit série.
Il faut insérer dans le circuit, une dipôle ohmique tel que la tension à ces bornes est égale à 1,5 V et l’intensité le traversant égale à 100 mA.
D’après la loi d’ohm :
UR = R x IR
R = UR ÷ IR
R = 1,5 ÷ 0,100 = 15 Ω