DOSSIER RESSOURCES à ne pas compléter

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1 Lycée Professionnel «Les Canuts» METIERS de l ELECTROTECHNIQUE COMMUNICATION TECHNIQUE EXPERIMENTATION MESURES SUR DES APPLICATIONS PROFESSIONNELLES S01 CIRCUITS PARCOURUS PAR DU COURANT CONTINU LE COURANT ELECTRIQUE Objectifs : Acquérir les connaissances de base en électricité. Utiliser les appareils adéquats pour effectuer les mesures nécessaires sur une installation électrique. Prérequis: Domaine de connaissances : On Donne : - le document de travail, - un support informatique, - le matériel nécessaire aux expériences à réaliser, - les schémas des différents montages, - les appareils de mesurages. On Demande : - de compléter le document de travail, - de réaliser les montages demandés, - la mise sous tension se fera en présence du formateur, - d effectuer les mesures en toute sécurité. On exige : - des réponses aux questions et tableaux sont exactes, - le document de travail doit être propre et lisible. Savoirs: S0 Électrotechnique Expérimentation et mesures S1 Distribution de l énergie électrique S2 Utilisation de l énergie électrique S3 Installations et équipements électriques S4 Installations communicantes S5 Sécurité des personnes des biens et de l environnement S6 Représentation graphique et modélisation Cours TD TP Durée 2 nde 1 ère Term 3 h 30 DOSSIER RESSOURCES à ne pas compléter Le courant électrique : Dossier Ressources 1/14

2 Vous aller faire 3 expériences (1 expérience à l aide d un logiciel pédagogique et 2 expériences de laboratoire) pour vous permettre l acquisition des connaissances de base sur le courant électrique (ses effets, sa mesure et sa nature). Pour cela vous avez à votre disposition : comme support pédagogique le logiciel : «LE GUIDE DES METIERS DE L ELECTROTECHNIQUE» représenté par l icône : une source d énergie (alimentation, pile, ), des récepteurs (lampes, résistance, moteur.), les appareils de mesures, les cordons pour effectuer les liaisons. A- Expérience 1 : Les effets du courant électrique Cliquer sur l icône : Cliquer sur S0-1 : Circuits parcourus par un courant continu Sélectionner : Le courant électrique. Vous observez l expérience comprenant les appareils suivants : Une source d énergie G, Une résistance chauffante, Un vase contenant une solution chimique dans laquelle plongent deux plaques de cuivre (bac à électrolyse), Une aiguille aimantée sur pivot, Un interrupteur S0. Le courant électrique : Dossier Ressources 2/14

3 Constatations : a) L interrupteur S0 ouvert : o La résistance de chauffage : rougit ne rougit pas o L aiguille aimantée : dévie ne dévie pas o Le bac à électrolyse : fonctionne ne fonctionne pas b) Fermer l interrupteur S0 : o La résistance de chauffage : rougit ne rougit pas o L aiguille aimantée : dévie ne dévie pas o Le bac à électrolyse : fonctionne ne fonctionne pas c) Inverser les bornes du générateur en cliquant sur G : o La résistance de chauffage : rougit ne rougit pas o L aiguille aimantée dévie : dans le même sens dans le sens contraire o Le bac à électrolyse fonctionne: de la même façon de façon inversée d) Conclusion sur les effets du courant électrique : - le courant électrique chauffe le corps (ici c est la résistance) qu il traverse ; - le courant électrique produit des phénomènes chimiques ; - le courant électrique dévie une aiguille aimantée. Vous allez compléter la phrase suivante sur les effets du courant électrique : Le courant électrique produit des phénomènes, des phénomènes. et des phénomènes On définit ainsi le rôle de chaque appareil du circuit étudié en complétant les phrases suivantes avec les termes (récepteur magnétique, récepteur thermique, fournit, récepteur électrochimique): o La source d énergie.. du courant électrique. o La résistance chauffante est. o Le bac à électrolyse est.. o L aiguille aimantée est Définition : un circuit électrique comprend au moins un récepteur et un générateur reliés par des fils conducteurs. Vous allez compéter ci-dessous en utilisant les verbes fournir et transformer. Rôle d un générateur(ou source d énergie): il. du courant électrique Rôle d un récepteur : il. de l énergie électrique en d autres énergies. Vous allez donner le rôle de chacun des récepteurs suivants: o La résistance. l énergie électrique en énergie o Le bac à électrolyse.l énergie électrique en énergie o Une lampe à filament l énergie électrique en énergie o Un moteur..l énergie électrique en énergie Le courant électrique : Dossier Ressources 3/14

4 B - Expérience 2 : Mesure de l intensité du courant électrique d un circuit série Vous disposez : D un générateur G qu il faudra régler sur 24V, D une lampe à filament L de caractéristiques : 24V, 40W. D un appareil de mesure symbolisé par la lettre A, D un interrupteur S1. Réaliser le montage représenté par le schéma 1 : Schéma 1 : Attention : la mise sous tension devra se faire en présence du professeur S1 G L Fermer S1 A Quel est l état de la lampe? Relever la valeur affichée par l appareil de mesure A La valeur affichée par A représente l intensité du courant qui parcourt ce circuit. Elle est représentée par la lettre I, Elle a pour unité l ampère, symbolisée par la lettre A. L appareil de mesure de l intensité du courant électrique est appelé un AMPEREMETRE, il est toujours branché EN SERIE dans un circuit électrique. Il est symbolisé par : A En courant continu il faudra respecter les polarités : A Le courant électrique : Dossier Ressources 4/14

5 Quelle est la valeur I de l intensité dans les différentes parties du circuit? Pour répondre à cette question, vous allez réaliser des mesures de courant en diverses parties de ce circuit comme c est indiqué sur le schéma 2. Placer l ampèremètre en A1, A2, A3 et A4. Attention : la mise sous tension devra se faire en présence du professeur I 1 A1 S1 I 2 A2 Schéma 2 L G I 4 I 3 A3 A4 Vous allez compléter le tableau de mesures : Valeurs mesurées I 1 (A) I 2 (A) I 3 (A) I 4 (A) Conclure : l intensité I du courant est en tout point d un circuit ne comportant qu une branche. En déduire la relation : I.. I 1 I 2 I 3 I 4 Représentation de l intensité I : elle sera représentée par une flèche indiquant le sens du courant. Le sens conventionnel du courant va de la borne + vers la borne -. Voir le schéma 3. I S1 I A schéma 3 G I I L Le courant électrique : Dossier Ressources 5/14

6 Mesure en milieu professionnel Pour mesurer l intensité du courant électrique, l ampèremètre est inséré dans le circuit ce type de mesurage ne peut se faire qu en laboratoire. En milieu professionnel nous utilisons une pince ampèremètrique. Refaire les mesures du schéma de montage de la figure 2, en utilisant une pince ampèremètrique à la place des ampèremètres. Attention : la mise sous tension devra se faire en présence du professeur Vous allez compléter le tableau de mesures : I 1 (A) I 2 (A) I 3 (A) I 4 (A) Valeurs mesurées Conclure : Le courant électrique : Dossier Ressources 6/14

7 C- Expérience 3 : Mesure de l intensité d un circuit en dérivation (appelé aussi en parallèle) Vous disposez : D un générateur G qu il faudra régler sur 24V, D une lampe à filament L (caractéristiques : 24V, 40W) et d une résistance chauffante R. De trois ampèremètres A1, A2 et A3, D un interrupteur S1. Vous allez réaliser le montage suivant : I 1 S1 A1 L R chauffante G I 2 A2 A3 I 3 Attention : la mise sous tension devra se faire en présence du professeur Fermer S1 Vous allez relever les valeurs mesurées par A1, A2 et A3 dans le tableau cidessous : I 1 (A) I 2 (A) I 3 (A) Valeurs mesurées Le courant électrique : Dossier Ressources 7/14

8 On constate la relation suivante entre les valeurs mesurées: I 1 I 2 I 3 Il vous est demandé de compléter les phrases suivantes par les termes : dérivé ou principal. I 1 représente l intensité du courant.. I 2 représente l intensité du courant.. I 3 représente l intensité du courant.. Conclusion : dans un circuit en dérivation, l intensité du courant.. est égale à des intensités des courants.. A partir de l expérience 3, nous constatons que l intensité du courant I 1 s est décomposée en I 2 et I 3 au NŒUD N et se recompose au NŒUD M. N S1 I 1 I 2 I 3 G L R chauffante I 1 M D où la loi des nœuds : en un nœud la somme des courants entrants est égale à la somme des courants sortants. Cette loi permet de déterminer le sens et l intensité d un courant inconnu en un nœud connaissant les intensités des autres courants en ce nœud. Exemple : soit un nœud N où arrivent I 1, I 3 et I 4 et en repartent I 2, I 5 et I 6 I 1 I 4 I 6 N I 2 Somme des I entrants = Somme des I sortants I 3 I 5 I 1 + I 3 + I 4 = I 2 + I 5 + I 6 Exemple: déterminons le sens et la valeur de l intensité inconnue de ce circuit: On choisit I 4 courant entrant : I 1 =2A I 4 = 3A I 1 + I 5 + I 6 = I 2 + I 3 + I ,5 + 0,5 = I 4 4 = 7 + I 4 d où : I 4 = = - 3A I 6 = 0,5A N I 2 = 5A Donc l intensité I 4 est un courant sortant. I 3 = 1A I 5 = 1,5A Le courant électrique : Dossier Ressources 8/14

9 Application : Calculer I A, I B et I C Disjoncteur de Branchement différentiel Sensibilité : 500 ma Compteur N Ph N Ph intensité assignée des disjoncteurs en fonctions de la puissance des disjoncteurs Nœud A Phase Neutre Distribution I A =.? Nœud B Dispositif différentiel à courant résiduel (DDR) Sensibilité 30 ma Nœud C Dispositif différentiel à courant résiduel (DDR) Sensibilité 30 ma I B =..? I C =? 20A I 1 I 2 I 3 I 4 I 5 I 6 16A 20A 20A 20A 16A 20A 32A (* ) (*) Section des conducteurs et 2,5 mm² Prises Salle de Bain Sèche cheveux : 4,3A 1,5 mm² Éclairage Salle de Bain : 1A 2,5 mm² Prises de courant 2,5 mm² Chauffage électrique : 5A 2,5 mm² Chauffage électrique Appareils de cuisson : 12A Le courant électrique : Dossier Ressources 9/14 1,5 mm² Éclairage : 3,5A 2,5 mm² Chauffe-eau 10A 6 mm² Circuits Chauffage (*)

10 NATURE DU COURANT ELECTRIQUE En guise de synthèse, nous avons observé qu en présence d un récepteur (la lampe ou résistance chauffante) aux bornes d un générateur (G) un courant s installe et assure le fonctionnement du récepteur. Le courant électrique est un mouvement permanent de charges électriques dans la matière. Ces charges électriques, sont essentiellement des électrons, représentés par Q qui signifie quantité d électricité fournie par un générateur. Ainsi le générateur va produire au récepteur une quantité de charges Q durant un temps t, d où la relation qui lie : Unités L intensité I du courant ayant parcourue le récepteur, La quantité d électricité Q fournie par le générateur, Le temps de fonctionnement t. Q I t I Q t Pour des quantités de charges importantes : Q en Ah (Ampère heure), I en A (Ampère) et t en h (heures) Pour des petites quantités de charges : Q en C (Coulomb), t Q I I en A et t en s (secondes). Le courant électrique : Dossier Ressources 10/14

11 APPLICATIONS 1) Sur une batterie d accumulateurs (batterie de voiture) nous relevons l indication suivante: 40 Ah Pour cet exercice nous nous intéresserons à une partie du schéma d alimentation du véhicule où la batterie alimente les lampes (feux de circulation et feux arrière) et la résistance de chauffe de la lunette arrière qui sont montées en parallèles. La clé représentant l interrupteur S1. a Vous allez donner la signification de cette indication b Vous allez établir le schéma. En utilisant les symboles suivants : l interrupteur S la batterie : - les lampes : - la résistance chauffante : - c - Si l intensité du courant débitée par la batterie est I = 15 A, au bout de combien de temps la batterie sera totalement déchargée?... Le courant électrique : Dossier Ressources 11/14

12 d Vous désirez recharger la batterie en 10 h. Quelle doit être l intensité du courant de recharge? 2) Sur une batterie rechargeable d un caméscope, il est indiqué mah. Le caméscope est déchargé au bout d environ 4 h de fonctionnement. Calcul de la quantité d électricité Q restituée par la batterie.. 3) Nous avons relevé les indications portées sur cette batterie rechargeable d un ordinateur portable. a- Vous allez donner la signification de : 4300 mah 3.0 A L ordinateur consomme en moyenne 2,5 A. b- Calcul de la durée au bout de laquelle la batterie est complètement déchargée. Le courant électrique : Dossier Ressources 12/14

13 . c- Sur la batterie est indiquée aussi une intensité de 3A, quelle est la quantité de charge accumulée par la batterie au bout de 30 mn?. SYNTHESE : cocher les cases correspondantes aux bonnes réponses Appareils Fonction Rôle Récepteur Fournit de l énergie Générateur Consomme de l énergie Appareil de mesure Reçoit de l énergie Récepteurs Fournissent du courant Générateurs Mesurent du courant Ampèremètres Consomment du courant Récepteurs Fournissent du courant Générateurs Mesurent du courant Appareils de mesures Consomment du courant Le courant électrique : Dossier Ressources 13/14

14 SYNTHESE : citer les effets correspondants à chaque élément Fer à repasser Effet thermique Effet magnétique Effet chimique Fusible Radiateur Sonnette sans fil Moteur à courant continu Chromage Batterie Le courant électrique : Dossier Ressources 14/14