TP-Cours : Mesures de résistances

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1 Noms des étudiants constituant le binôme : TP-Cours : Mesures de résistances 1- Mesures directe et indirecte de la résistance d'un conducteur ohmique 1-1 aleur nominale "Une grandeur physique ne peut jamais être parfaitement connue" On utilise des conducteurs ohmiques dont le fabricant garantit la valeur de la résistance à 5% près. On dispose de 4 conducteurs ohmiques de valeurs nominales : R 1 = 1kΩ ; R 2 = 4,7kΩ ; = 220Ω ; R 4 = 10MΩ a) En tenant compte de l'indication donnée par le fabricant déterminer l'incertitude sur la valeur de chacune de ces résistances ( R 1, R 2,, R 4 ). b) En déduire l'écriture rigoureuse des trois résistances R 1, R 2,, R Mesure directe à l'ohmmètre "Toute mesure est entachée d'une certaine incertitude lié à la précision de l'appareil de mesure" Se référer aux annexes pour l'utilisation des multimètres (branchement, choix du calibre, précision indiquée par le fabricant) et pour l'utilisation de la "plaque Lab". L Ohmmètre est un appareil conçu pour mesurer la résistance d un conducteur Ohmique avec une grande précision. Les multimètres ont une fonction Ohmmètre, on se place en dérivation de la résistance à mesurer (entrée Ω, sortie COM). a) Mesurer la résistance à l'aide du multimètre "OP" en utilisant le calibre le mieux adapté. Estimer l'incertitude absolue sur cette mesure (en utilisant l'indication du fabricant du multimètre), et en déduire l'écriture correcte de la valeur de obtenue. b) Reprendre la question a) en utilisant les calibres 20kΩ puis 200kΩ. c) Pourquoi faut-il toujours utiliser le calibre immédiatement supérieur à la valeur mesurée? d) Le résultat de cette mesure à l'ohmmètre est-il cohérent avec la valeur de écrite au 1-1-b)? 1-3 Mesure indirecte : loi d'ohm "La valeur d'une grandeur peut être déduite indirectement par mesures de différents paramètres. l faut alors estimer l'incertitude sur la mesure de chacun de ces paramètres et les combiner judicieusement" En supposant que la loi d'ohm U = R. est vérifiée, on peut déduire indirectement R en mesurant les paramètres U et. On souhaite mesurer ainsi la valeur de la résistance On dispose d'une source de tension réglable (alimentation "ELC" à utiliser sur la sortie "output ± 15"). Pour toute la suite du TP le multimètre «OP» sera utilisé comme ampèremètre et le multimètre «FLUKE» sera utilisé comme voltmètre. NE JMS PPLQUER UNE TENSON SUPEREURE 7! a) Justifier la consigne de sécurité ci-dessus sachant que ce type de résistance ne supporte au maximum qu'une puissance de 0,25W.

2 b) Réaliser le circuit ci dessous permettant d'effectuer les mesures de U et en respectant le sens de branchement des appareils de mesure (bornes, et COM). Faire vérifier le circuit NT d'allumer l'alimentation E limentation continue ELC u COM i m COM c) Mesurer une tension U (d'environ 4) et l'intensité correspondante et en déduire une valeur de "...estimer l'incertitude sur la mesure de chacun des paramètres... d) Estimer les incertitudes U et sur les valeurs de U et mesurées.... et les combiner judicieusement" e) «Propagation» d'incertitude : calculer les incertitudes sur ( (U) due à U, et () due à ). et commenter (quelle est la principale source d'erreur ici?) f) Composition d'incertitudes : à partir des résultats de e), calculer l' "incertitude composée" g) Donner l'écriture correcte de la valeur de obtenue par cette méthode. Comparer à la valeur obtenue par mesure directe à l'ohmmètre, conclure.

3 h) Réaliser des mesures de U et avec le résistor de résistance R 4, en déduire une estimation de R 4 et conclure. 2- Etude de la caractéristique d'un conducteur ohmique 2-1 Conducteur Ohmique simple On souhaite étudier expérimentalement la caractéristique U en fonction de pour le conducteur ohmique de résistance. Confronter ces résultats au modèle théorique de la loi d'ohm et en déduire une valeur de. Commenter. a) Tracer sous «regressi» U() pour une dizaine de valeurs de la tension (positives et négatives) aux bornes du résistor. Source de tension continue réglable E U b) Commenter le graphe. 2-2 Dipôle constitué de 3 résistors On souhaite à présent étudier expérimentalement la caractéristique U en fonction de pour le dipôle ci contre constitué de 3 résistors identiques de résistance (voir ci-contre) a) Tracer U() pour une dizaine de valeurs de la tension (positives et négatives) aux bornes du dipôle. U b) Commenter le graphe. Dipôle étudié

4 NNEXES TP mesure de résistances 1-Utilisation d'un multimètre 1-1 Généralités - On dispose de multimètres de deux types (marques "OP" et "FLUKE") pouvant fonctionner en voltmètre, ampèremètre ou ohmmètre. - Quelle que soit la fonction utilisée, l'appareil dispose de différents calibres ex : calibres de l'ampèremètre OP : 200µ, 2m, 20m, 200m, 2 et 10 (ce dernier ne sera que rarement utile en pratique car les courants en TP restent de l ordre du m pour des raisons évidentes de sécurité) - Le calibre utilisé doit toujours être supérieur à la valeur mesurée. Si on utilise un calibre trop petit (ex : 2m pour mesurer une intensité de 0,5= 500m) l'appareil affiche "1." pour indiquer que la mesure est impossible et qu'il risque d'être endommagé! - Pour des questions de précisions, on utilisera toujours le calibre directement supérieur à la valeur mesurée. ex : pour une intensité de 0,5, utiliser le calibre 2... pas 0,2 (trop faible, danger)... ni 10 (trop élevé, imprécis) a) Exemple du multimètre «FLUKE» : On indique au voltmètre (ou à l'ampèremètre) si on souhaite travailler... en régime permanent : symbole ou en régime variable : symbole et de sortie b) Exemple du multimètre «OP» Bornes d entrée et de sortie voltmètre ampèremètre ohmmètre Calibres ON/OFF Régime variable ou régime continu

5 1-2 Branchements a) OHMMÈTRE - On utilise les bornes "Ω" et "COM". Le fonctionnement d'un ohmmètre est symétrique, le sens de branchement des bornes n'a pas d'importance. - L'ohmmètre injecte un "courant de mesure" η (connu) dans la résistance testée, mesure la tension U à ses bornes et calcule R via la loi d'ohm. Donc la résistance testée doit être impérativement retirée du circuit pour cette mesure (ainsi aucun courant ne vient s'ajouter à η, ce qui fausserait la mesure et endommagerait éventuellement l'appareil) η η Ω U R = 0 On isole la résistance que l on souhaite mesurer b) MPÈREMÈTRE - On utilise les bornes "" (borne d'entrée) et "COM" (borne de sortie), exceptionnellement la borne d'entrée "10" (uniquement lorsqu'on utilise le plus gros calibre) - L'ampèremètre se branche en série dans la branche dans laquelle on souhaite mesurer l'intensité du courant. - Pour bien mesurer, cette intensité doit "rentrer par la borne ". Si on inverse le branchement, on mesure - - L'ampèremètre doit avoir une résistance faible devant celle du dipôle B afin que δu soit négligeable devant U B (ainsi l'ampèremètre n'introduit pas de tension indésirable dans le circuit étudié) "" δu "COM" U B - Si l ampèremètre est considéré comme parfait alors δu = 0, ou encore la résistance de l ampèremètre parfait est nulle. B c) OLTMÈTRE - On utilise les bornes "" (potentiel mesuré) et "COM" (potentiel de référence) - Le voltmètre se branche en parallèle avec le dipôle aux bornes duquel on souhaite mesurer la tension. - Pour bien mesurer U B, il faut relier à et B à COM dans le cas contraire on mesure U B = -U B δ "" U B "COM" B - Le voltmètre doit avoir une résistance élevée devant celle du dipôle B afin que δ soit négligeable devant (ainsi le courant parcourant B n'est pas perturbé par la présence du voltmètre) - Si le voltmètre est considéré comme parfait alors δ = 0, ou encore la résistance du voltmètre parfait est infinie.

6 1-3 EXTRT DES NOTCES CONSTRUCTEURS : ndications relatives à la précision des multimètres Le tableau ci-dessous indique la précision de l appareil sur chaque type de mesure (précision garantie par le constructeur de l'appareil). Elle est indiquée sous la forme d'un pourcentage de la valeur Lue à l'écran "L" auquel s'ajoute un nombre à multiplier par l'ordre de grandeur "u" de la dernière décimale affichée : Précision «p» des appareils de mesure dans les différentes fonctions Ohmmètre mpèremètre oltmètre modèle FLUKE 0,05% L + 2u 0,05% L + 3u 0,02% L + 2u modèle OP 0,1% L + 2u 0,2% L + 1u 0,3% L + 1u Exemple : On mesure une tension U à l'aide du multimètre FLUKE Pour estimer la précision d'après la notice, il faut prendre en compte : - la valeur lue "L" : ici L = 23,84 - l'ordre de grandeur "u" de la dernière décimale affichée. ci la dernière décimale "4" est le chiffre des dizaines de m donc u = 0,01 = 10m 0,02 0,02 La précision sur cette mesure est p = 0,02%L+2.u : p =.L + 2.u =.23, ,01 0, Soit (en ne gardant qu'un seul chiffre significatif) p = 0,02 L incertitude type liée à la précision est : p 3 p Pour la mesure de cette tension, l incertitude élargie «U» est U = k. où la valeur de k (facteur 3 d élargissement) diffère selon le niveau de confiance. Pour un niveau de confiance de 95%, il faut prendre k = 2 (pour information, k = 1 correspond à un niveau de confiance de 68% et k = 3 à un niveau de confiance de 99%) u final pour une mesure «x» l incertitude élargie avec niveau de confiance à 95% : «x» est liée à la précision par la formule : p x = 2. 1,15. p c est pourquoi pour ne pas compliquer à inutilement la situation nous pourrons confondre 3 l incertitude (incertitude élargie avec niveau de confiance à 95%) et la précision : x p L'incertitude sur cette mesure est donc 0,02%L+2.u : 0,02 0,02 U.L + 2.u =.23, ,01 0, Soit (en ne gardant qu'un seul chiffre significatif) U = 0,02 On retiendra donc que l on peut confondre précision et incertitude (élargie 95% de confiance)

7 2- Utilisation de la plaque "Lab500" 2-1 Présentation Cette plaque présente un certains nombre de trous dans lesquels on peut brancher les "pattes" des différents composants. Les trous sont reliés entre eux par des pistes de cuivre (formant ainsi des groupes de trous qui seront toujours tous au même potentiel électrique). Les trous reliés entre eux (et donc au même potentiel) sont visibles en retournant la plaque Pour connecter les bornes de deux dipôles différents il suffit de les placer dans deux trous d'une même équipotentielle (ligne latérale ou colonne de cinq) Les deux «pattes» d un même dipôle ne doivent jamais être sur une même équipotentielle. 2-2 Schéma Haut En haut et en bas, tous les points d une même ligne sont reliés. Cela concerne les deux lignes du haut et la ligne du bas u centre les 5 points d une même demi-colonne sont reliés entre eux Bas ttention les demi-colonnes «du haut» ne sont pas reliées aux demi-colonnes «du bas» Résistor correctement positionné erreur Résistor correctement positionné