Science infuse. Les lois des circuits. Dossier physique n 2. Niveau 5. Auteur : Joëlle Pire. Faculté des Sciences N 1212

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1 1 ossier physique n 2 Science infuse Niveau 5 Les lois des circuits uteur : Joëlle Pire Faculté des Sciences iffusé par la maison des sciences ocument téléchargeable N 1212

2 2 1 omment utiliser un multimètre? 1.1 escriptif du multimètre digital 1 ommutateur fonction : permet de changer d échelle 2 OM = Terre FIHE NOIRE Mesures de courants 3 10 : FIHE ROUGE ommutateur sur 4 : 10 maximum 10 ampères en courant continu Mesures de tensions VΩm FIHE ROUGE 2 6 ommutateur sur 6 : V 20 V maximum 20 volts en courant continu Exemples de lecture :

3 3 1.2 Utilisation d'un ampèremètre en tension continue Montage Un ampèremètre se branche en série dans le circuit. ela veut dire qu'il faut couper le circuit et intercaler l'ampèremètre entre les deux points de coupure Sens de branchement, polarité Pour mesurer l intensité du courant I traversant la lampe, il faut brancher l ampèremètre entre les points et. Le courant doit entrer dans l'ampèremètre par la borne marquée 10(ou +) et ressortir par la borne marquée OM (ou -) Pour mesurer I, il faut relier la borne marquée 10 à la borne par un câble de couleur rouge la borne marquée OM à la borne par un câble de couleur noire alibre On appelle calibre la plus forte intensité que peut mesurer l'ampèremètre (aiguille en bout de course pour les appareils analogiques ou plus grand nombre de l'affichage numérique) Tous les appareils modernes sont multicalibres. On change de calibre en tournant un commutateur ou en déplaçant une fiche (ex ci-contre: borne 20 et borne ) Précaution d utilisation Pour éviter de détériorer l'ampèremètre, on a intérêt à le brancher sur le plus fort calibre. Il ne faut pas oublier de baisser le calibre, si nécessaire, pour obtenir un affichage suffisamment précis. Le bon calibre est le plus petit calibre possible, c'est-à-dire celui qui est immédiatement supérieur à l'intensité mesurée. 1.3 Utilisation d'un voltmètre en tension continue Montage Un voltmètre se branche en dérivation ( en parallèle) dans le circuit. Pour mesurer la tension U aux bornes et de la lampe, il faut brancher le voltmètre entre les points et. V Sens de branchement, polarité La borne marquée VΩm (ou +) doit être reliée au potentiel le plus haut (coté positif) et la borne "commune" marquée OM (ou -) au potentiel le plus faible (côté négatif). Pour mesurer U, il faut relier la borne marquée VΩm à la borne par un câble de couleur rouge la borne marquée OM à la borne par un câble de couleur noire. Remarque: U = - U

4 alibre On appelle calibre la plus forte tension que peut mesurer le voltmètre (aiguille en bout de course pour les appareils analogiques ou plus grand nombre de l'affichage numérique) Pour éviter de détériorer le voltmètre, on a intérêt à le brancher sur le plus fort calibre. ans le cadre de nos expériences, vous positionner le commutateur fonction sur la gamme V, 20 v ttention Si on branche un ampèremètre en dérivation aux bornes d'un dipôle, le dipôle est courtcircuité. Le courant qui passe dans le circuit peut être très intense et peut détériorer l'ampèremètre ou un autre élément du circuit. Si on branche un voltmètre en série dans un circuit, la grande résistance du voltmètre empêche le courant de passer normalement. Il passe toutefois un très faible courant. 2 Schéma électrique fin de représenter de manière simple les différents éléments connectés dans un circuit, nous utilisons les conventions suivantes : Interrupteur Générateur de courant continu (pile, batterie ) Pompe qui fait circuler le courant Le courant va du + vers le -. Récepteur ppareils ou lampes qui utilisent le courant Voltmètre V mpèremètre Mesure l intensité du courant

5 5 3 Montage de plusieurs récepteurs 3.1 Un peu de vocabulaire Les points de convergence sont appelés des nœuds. La portion de circuit est appelée une maille Une branche est une portion de circuit délimitée par deux nœuds (ex : ). Il existe deux façons de brancher deux récepteurs par exemple deux lampes dans un circuit. 3.2 Montage en série (circuit ET) Le courant passe dans la première lampe ET dans l'autre. Il n'existe qu'un seul circuit possible pour le courant. 3.3 Montage en parallèle ou dérivation (circuit OU) Le courant passe dans la première lampe OU dans la deuxième lampe. Le courant se partage en arrivant au carrefour (nœud). La branche principale est celle du générateur. Les deux lampes fonctionnent indépendamment l'une de l'autre. 4 Matériel 1 multimètre 1 interrupteur 3 piles 3 ampoules et leur support 2 résistances 2 câbles de connexion Vous êtes responsable du matériel : en cas de doute demandez de l aide. Un remboursement sera exigé en cas de détoriation des appareils ou éléments du circuit.

6 6 5 la découverte des lois des circuits 5.1 Mesure de tension de la pile a) Réaliser le circuit suivant et mesurer la tension 1. circuit ouvert : 2. circuit fermé :. Les réponses diffèrent. Pourquoi? Pile rectangulaire V b) Indiquer sur ce schéma où placer un ampèremètre pour mesurer le courant qui traverse la lampe. c) Mesurer l intensité de ce courant I = 5.2 Loi d Ohm la découverte de la relation entre la tension aux bornes de la résistance et l intensité du courant qui la traverse. V a) Réaliser le circuit suivant et mesurer la tension aux bornes de la résistance et l intensité du courant qui la traverse ylindre beige( code : rouge, rouge, noir, doré) ylindre brun ( code : brun, vert, noir, doré) Vous avez à votre disposition 2 piles de 1,5 volts et une pile de 4,5 volts b) Tableau de mesures : U (v) 0 I () c) Observations : d) Interprétation : quelle est la relation entre U et I? U (V) e) Graphique : I ()

7 7 5.3 omment se répartissent les l intensités des courants? Pour toutes les expériences, vous utilisez la pile rectangulaire plate. a) Réaliser un circuit comportant 2 lampes, de telle sorte que l intensité du courant soit la plus faible possible. 1. Schématiser votre circuit. 2. En déplaçant l ampèremètre, mesurer l intensité du courant traversant chaque lampe et celui provenant de l alimentation. I 1 = I 2 = I = 3. Interprétation : quelle est la relation entre les intensités des courants? b) Réaliser un circuit comportant 2 lampes, de telle sorte que l intensité du courant soit la plus forte possible. 1. Schématiser votre circuit. 2. En déplaçant l ampèremètre, mesurer l intensité du courant traversant chaque lampe et celui provenant de l alimentation I 1 = I 2 = I = 3. Interprétation : quelle est la relation entre les intensités des courants? Loi des nœuds

8 8 5.4 omment se répartissent les tensions dans les circuits? a) Réaliser le circuit suivant et observer le rôle de l interrupteur R 3 =Résistance brun foncé R 3 1. l interrupteur est ouvert 2. l interrupteur est fermé b) Mesurer les tensions aux bornes de chaque récepteur et celle du générateur lorsque l interrupteur est fermé R 3 U = U = U = U = U = Interprétation : quelle est la relation entre les tensions mesurées dans la maille? Vous suivez le chemin puis puis Puis Interprétation : Quelle est la relation entre les tensions mesurées dans la maille (passant par la lampe R 3 ) R 3 Interprétation : Quelle est la relation entre les tensions mesurées dans la maille (passant R 3 et ) R 3

9 9 Loi des mailles 6 Les court-circuits Réaliser le circuit suivant et observer lorsque 1. l interrupteur est ouvert 2. l interrupteur est fermé Interprétation