Sciences physiques Stage n

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1 Sciences physiques Stage n C.F.A du bâtiment Ermont 1

2 Activité 1 : quelques questions préliminaires : 1) Quelle distinction faites-vous entre les 2 groupes de matières suivantes : Groupe 1 : Verre Plastique Bois sec Eau distillée Air Béton Groupe 2 : Cuivre Acier Mercure Etain Laiton Eau salée 2) Quel est l effet inévitable du courant électrique quand il circule dans un circuit? 3) Quels types d appareils électriques appelle-t-on des résistances (à quoi servent-elles)? Donnez-en quelques exemples: 4) D après-vous, pour fabriquer des résistances électriques, utilise-t-on plutôt des matières du groupe 1 ou des matières du groupe 2? Pourquoi? 2

3 Activité 2 : En vous aidant des documents, répondez aux questions de la page suivante : Document 1 : La résistance est la capacité d une matière conductrice à s opposer au passage du courant. L inverse de la résistance, c est la conductance. Un bon conducteur aura tendance à avoir une petite résistance, alors qu un mauvais conducteur aura plutôt une grande résistance. Si un matériau est isolant, on ne parle plus de résistance (il faudrait dire qu elle est infinie et que donc le courant ne passe plus du tout). Document 2 : Plus un fil conducteur est long, plus sa résistance est grande (plus précisément, c est proportionnel). Plus l aire de la section d un fil conducteur est grande, plus sa résistance est petite. La résistance du fil dépend aussi du matériau utilisé pour le fabriquer. Document 3 : Une expérience de mesures de résistances a été réalisée : elle consiste à mesurer la résistance de différents fils conducteurs de mêmes dimensions (longueur et section) mais fabriqués avec des métaux ou alliages différents. Les résultats sont regroupés dans le tableau suivant : Métaux ou alliages utilisés ésistances mesurées (en Ohms) Argent 1,6 Cuivre 1,7 Or 2,4 Aluminium 2,7 Nickel 7 Fer 10 Chrome 12,9 Plomb 21 Nichrome 100 Document 4 : Les métaux sont tous conducteurs mais certains le sont plus que d autres Parmi les meilleurs conducteurs, citons l argent, le cuivre, l or et l aluminium. Par contre, le fer et le plomb sont de bien moins bons conducteurs. Document 5 : Le passage du courant électrique dans un conducteur provoque une perte inévitable d énergie sous forme de chaleur. Cette énergie consommée est d autant plus grande que la résistance du conducteur est grande. On réalise aujourd hui des alliages métalliques qui ont résistances supérieures aux métaux qui les constituent : citons le nichrome (nickel + chrome + un peu de fer) par exemple. 3

4 1) Si l on veut fabriquer un fil électrique, on veut la plupart du temps limiter l échauffement (et donc les pertes et les risques) : Que faut-il faire? (cocher les bonnes réponses) Choisir un matériau ayant tendance à avoir une grande résistance. Choisir un matériau ayant tendance à avoir une petite résistance. Choisir plutôt du cuivre. Choisir plutôt du nichrome. Choisir une grosse section de fil. Choisir une petite section de fil. Prendre la plus petite longueur de fil nécessaire. Ne pas prendre la longueur minimale de fil. 2) Si l on veut fabriquer élément chauffant (électrique), on veut la plupart du temps favoriser l échauffement Que faut-il faire? (cocher les bonnes réponses) Choisir un matériau ayant tendance à avoir une grande résistance. Choisir un matériau ayant tendance à avoir une petite résistance. Choisir plutôt du cuivre. Choisir plutôt du nichrome. Choisir une grosse section de fil. Choisir une petite section de fil. Prendre la plus petite longueur de fil nécessaire. Ne pas prendre la longueur minimale de fil. Conclusion : Je ne veux pas que le courant passe : Je veux que le courant passe et limiter l échauffement : Je veux que le courant passe et favoriser l échauffement : 4

5 On retrouve ses principales caractéristiques dans le tableau suivant : Grandeur Symbole de la grandeur Unité Symbole de l unité ésistance Ohm Ω Pour les calculs, on dispose de la loi d Ohm : avec: U en Volt (V) en Ohm (Ω) I en Ampère (A) U = x I A l inverse : pour calculer l intensité I à partir de la tension U et de la résistance, on utilise : I = U /. ou encore pour calculer la résistance à partir de la tension U et de l intensité I, on utilise : = U / I. Pour mesurer la résistance (en Ohm) d un récepteur (ou d un câble, ou même d une portion de circuit), on utilise un Ohm-mètre : on commence par débrancher le récepteur (ou la portion de circuit) puis on se branche en dérivation à ses 2 bornes. Ω De plus : Le mot résistance peut aussi désigner : la partie qui sert à chauffer d un appareil électrique (four, cafetière, ) : si augmente, la chaleur dégagée augmente aussi. ou bien encore des petits composants électroniques dont le rôle est de limiter l intensité dans le circuit : si augmente, I diminue. Le mot résistor désigne un appareil (ou composant) électrique pour lequel reste toujours constante ; on a vu que toutes les résistances ne sont pas nécessairement des résistors (ex : les ampoules). Pour la conduction électrique, on cherche à diminuer la résistance des câbles. 5

6 Activité 3 : 1) éalisons le montage électrique suivant : Matériel : 1 Générateur de courant continu, réglable sur 6V, 12V et 24V, 1 résistor, 1 interrupteur, 2 multimètres, des fils conducteurs. + - V A 2) Mesures des intensités et tensions en fonctionnement : Tous nos résultats de mesures seront inscrits dans le tableau ci-dessous. On règle la tension aux bornes du générateur à 6V. Vérifier la valeur de la tension U aux bornes du résistor et mesurer la valeur de l intensité I qui le traverse. On règle la tension aux bornes du générateur à 12V. Vérifier la valeur de la tension U aux bornes du résistor et mesurer la valeur de l intensité I qui le traverse. On règle la tension aux bornes du générateur à 24V. Vérifier la valeur de la tension U aux bornes du résistor et mesurer la valeur de l intensité I qui le traverse. Complétez la dernière ligne du tableau (calcul de U / I) : Tension U (V) Intensité I (A) Quotient U / I Générateur sur 6V Générateur sur 12V Générateur sur 24V 6

7 3) éalisons le montage électrique suivant : Mesure de la résistance du résistor : =... Ω 4) Comparer la valeur des quotients U / I (voir question 2) à la valeur de la résistance électrique mesurée à la question 3: 5) Il existe une formule qui permet de calculer la résistance d un résistor à partir des valeurs U et I mesurées ; on l appelle la loi d Ohm. En vous inspirant de vos résultats, donnez donc cette formule (ne pas oublier les unités) : 6) Dans le graphe qui suit, tracer les 4 points que cette activité vous a permis d obtenir pour votre résistor : I en Ampère Echelle : 1 cm pour 2V 1 cm pour 0,1 A U en Volts 7

8 Exercice 1 : Quelles sont les 3 grandeurs importantes dans ce chapitre? Grandeur Symbole de la grandeur Unité Symbole de l unité Exercice 2 : Sur un boîtier de résistor, on lit : 10 Ω. En fonctionnement, il est parcouru par un courant d intensité I = 2,4 A. Sous quelle tension est-il branché? (c'est-à-dire : combien vaut la tension U?) Exercice 3 : Sur le culot d une ampoule, il est écrit : 6 V / 100 ma. a) Convertir : 100 ma = A. b) Que se passe t il si on la branche sur une pile de 4,5 V? 8

9 c) Que se passe t il si on la branche sur une pile de 9 V? d) Calculer la résistance de cette ampoule utilisée en 6V : Problème : Montage 1 : en série Montage 2 : en dérivation On réalise 2 montages différents contenant, soit en série, soit en dérivation, 2 résistances identiques. 1) On branche ces 2 montages sur un générateur de 12 V. On mesure l intensité qui traverse chaque circuit : Pour le circuit 1 (résistors en série), on obtient I 1 = 50 m A. Pour le circuit 2 (résistors en série), on obtient I 2 = 200 m A. a) Convertir I 1 et I 2 en A : b) Calculer la valeur de la résistance 1 du montage 1 en entier : 9

10 c) Calculer la valeur de la résistance 2 du montage 2 en entier : 2) On branche maintenant ces 2 montages sur un générateur de 24 V. Calculer les nouvelles valeurs attendues pour I 1 et I 2. 3) Cocher les bonnes réponses : a) 2 résistances branchées en série résistent : 2 fois moins que Pareil que. 2 fois plus que b) 2 résistances branchées en dérivation résistent : 2 fois moins que Pareil que. 2 fois plus que 4) Tentez d expliquer vos résultats de la question 3: 10