La variation de la résistance

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1 Classe : 2ME BEP Métiers de l électrotechnique VARIATION DE LA RESISTANCE Lieu : Salle de cours & salle de mesures Objectif Identifier la notion de résistor et de résistance. Savoirs : S 0.1 : Circuits parcourus par un courant continu : - Loi d ohm. Prérequis Tension, intensité, résistance. On donne On demande On exige Répondre aux questions posées dans le document en se referant au livre de cours. Livre de cours chap. : Variation de la résistance Fiches de cours Etapes du déroulement : Le document correctement rempli et les réponses correctes. Etape On donne On demande On exige Condition & lieu 1 Fiches de cours Vidéo : Voyage 1 EP6 : Des volts pour aller plus loin. 2 Expériences : - Dysfonctionnement d un récepteur. - Comparer le passage du courant dans différentes sections de conducteurs 3 Livre NATHAN chap. : Variation de résistance 4 Fiche de cours : Variation de la résistance Participation aux questions posées par la vidéo Avant de démarrer. Participation à l expérience : Tableau de mesures à compléter. Retenir les points importants, se faire expliquer les termes techniques inconnus. L expérience fait apparaître les notions essentielles du cours. Lire le chapitre correspondant. Le chapitre est lu dans son intégralité Répondre aux questions Le document est correctement posées dans la fiche en se rempli et les réponses referant au livre de cours. correctes. Classe entière Classe groupe Maison Maison ou classe 5 Exercices d application Faire les exercices donnés en fin de chapitre. Faire exercice complémentaire donné en fin de séance. 6 Synthèse et correction Participer à l élaboration collective de la synthèse. 7 Evaluation Revoir l essentiel à retenir donné dans le support de cours. Les réponses sont complètes et correctes. Classe entière Vérifier et revoir les erreurs Classe entière Evaluation portant sur les 30 mn cours Résistance et loi d ohm en & variation résistance. groupe Expériences associées : THEME E1 : Problème de chute de tension sur câble d alimentation TP12 : Température lampe et durée de vie des lampes à incandescence Durée : 4h Références : Capacité Fonction Compétences C1 S informer F1 Organisation C1-1 Décoder les schémas, plans et descriptifs. C1-2 Prendre en compte les consignes verbales et écrites. Fiche n 1

2 La variation de la résistance. 1 INTRODUCTION 4 Quels sont les paramètres qui interviennent dans la valeur de la résistance? AVANT DE DEMARRER? Rappelez la loi mathématique qui s applique au résistor quelque soit la nature du courant : La loi d ohm : U=R.I? Citez dans un circuit les éléments qui comportent une certaine résistance, même faible : Un générateur a une résistance interne Un récepteur a une résistance interne Les enroulements d un moteur Les conducteurs qui transportent le courant a une résistance? Citer les trois paramètres qui caractérisent un conducteur? Sa longueur Sa section : La nature du matériau πd S = 4 2 OBSERVONS Problème : Dans une entreprise suite à l installation d un coffret d alimentation de l éclairage des bureaux, son fonctionnement pose problème : La mise en marche principale de l éclairage ne fonctionne pas avec le bouton de commande à distance. Schéma de l installation : Alimentation 24VAC Bouton de commande à distance Contacteur de commande câble Fiche n 2

3 Pourquoi la commande ne fonctionne pas? La variation de la résistance Réponses et vérifications : Etude expérimentale : Nous allons reproduire expérimentalement la situation et tenter de résoudre le problème par la mesure et grâce aux outils mathématiques. Le but est d observer comment la résistance du conducteur varie en fonction de différents paramètres : longueur, section, et matériau du conducteur. Schéma : A Conducteur B A Alimentation G V Récepteur Tableau de Mesures : Conducteur : Section : Longueur : U I R U I R U I R U I R? Ecrivez la formule pour calculer la résistance et donnez les valeurs dans chaque cas. Analyse :? Que devient la résistance du conducteur quand sa longueur augmente? La résistance du conducteur augmente.? Que devient la résistance du conducteur quand sa section augmente? La résistance du conducteur diminue.? Comparez un conducteur en cuivre à un conducteur en aluminium? Un conducteur en cuivre est moins résistant qu un conducteur en aluminium Fiche n 3

4 1 RESISTIVITE A SAVOIR La résistivité est une caractéristique physique d un matériau : C est la résistance d un cylindre de 1 m de longueur et de section 1 m2 de ce matériau.? Citer le symbole et l unité de la résistivité. Symbole : ρ Unité : l ohm-mètre (Ωm) La résistivité d un matériau conducteur est faible. 2 RESISTANCE D UN CONDUCTEUR OHMIQUE La résistivité d un matériau isolant est grande. La résistance est proportionnelle à la longueur l d un conducteur. La résistance est inversement proportionnelle à sa section S. La résistance est proportionnelle à la résistivité ρ de son matériau.? Donner la relation caractérisant la résistance d un conducteur. Précisez les unités. R = ρ l / S 3 INFLUENCE DE LA TEMPERATURE Etudions le comportement d une lampe à incandescence Relever les points de mesure d une lampe 40W/24V sur la courbe suivante :? Une lampe est-elle un résistor linéaire? Pourquoi? Non, sa résistance n est pas constante? Quelle est sa résistance quand elle est éteinte?? Allumée? et quel est l état thermique du filament dans chaque cas? Eteinte: R=40 Ω, le filament est froid Allumée: R=525 Ω, le filament est chaud I 2 (A) 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, R? Concluez : quel phénomène physique modifie la résistance du filament? U (V) Fiche n 4

5 Chaque matériau a une certaine sensibilité à la température. Celle-ci est exprimé mathématiquement par un coefficient de température a0 d unité le Kelvin moins un (K -1 ).? Complétez les bulles en définissant les différentes grandeurs ainsi que leur unité Résistance (en Ω) à la température effective θ ( + ) Rθ = R 0 1 a0 θ Résistance (en Ω) à la température de 0 C Coefficient de température (en K -1 ) Température effective (en C)? Que signifie un coefficient de température positif? Est-ce le cas le plus courant? Un coefficient de température positif signifie que la résistance du matériau augmente avec la température. C'est le cas le plus courant même si certains matériaux comme le carbone ont un coefficient de température négatif. 4 TABLEAU DES CARACTERISTIQUES DE QUELQUES MATERIAUX Matériaux Résistivité ité ρ en Coefficient a0 a Ωm en K -1 Des métaux purs Cuivre 1,6 x ,9 x 10-3 Aluminium 2,6 x ,5 x 10-3 Fer 8,5 x ,3 x 10-3 Tungstène 5,3 x x 10-3 Argent 1,5 x ,5 x 10-3 Des alliages utilisés dans l industrie électrique Laiton (Cu 60 %, Zn 40 %) 8,5 x ,5 x 10-3 Ferronickel (Fe 75 %, Ni 25 %) 80 x ,9 x 10-3 Maillechort (Cu 60 %, Zn 25 %, Ni 15 %) 48 x ,36 x 10-3 Manganine (Cu 85 %, Mn 11 %, Ni 4 %) 42 x ,02 x 10-3 Constantan (Cu 60 %, Ni 40 %) 49 x ,01 x 10-3 Carbone (graphite) 50 x ,2 x 10-3 D autres matériaux Eau de mer 0,3 - Terre De 50 à Caoutchouc Fiche n 5

6 5 Exercices Exercice 1 : Exercice 2 : Une rallonge de 5 m est composée de deux La résistance d un fil de ferronickel bobiné sur un conducteurs de cuivre de 0,75 mm 2 de section. cylindre de matière réfractaire est de 330 Ω à Quelle résistance totale présente-t-elle? 0 C. Quelle sera sa résistance à 50 C? Résistance de la rallonge : Résistance du fil à 50 C : R = 214 mω R50 C = 345 Ω Exercice 3 : Exercice 4 : Une lampe à incandescence dont le filament est La résistance de l enroulement d un moteur est en tungstène a pour résistance 38 Ω à 0 C ; de 0,64 Ω à 15 C. En fonctionnement la lorsqu elle est allumée, la résistance est de température atteinte est 80 C. Quelle sera la 529 Ω. Calculez la température alors atteinte par résistance de l enroulement à cette température le filament. si a0 = 0,004 K -1? Température du filament : Θ = 2485 C Résistance d un enroulement à 80 C : 80 C=0,77 Ω R80 C Fiche n 6

7 A RETENIR La variation de la résistance Résistivité : Ecrire la définition de la résistivité : Equation de la résistance d un conducteur (détail des termes et unités) : Evolution de la résistance quand la longueur augmente : Evolution de la résistance quand la section augmente : Evolution de la résistance quand la résistivité augmente : coefficient de température : Que signifie coefficient de température? Que se passe-t-il lorsque il est positif (α0>0)? Que se passe-t-il lorsque il est négatif (α0<0)? Que se passe-t-il lorsque il est nul (α0=0)? Fiche n 2