MESURES SUR DES APPLICATIONS PROFESSIONNELLES S01 CIRCUITS PARCOURUS PAR DU COURANT CONTINU Rhéostat et Potentiomètre

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1 Lycée Professionnel Les NUTS METIERS de l ELETROTEHNIQUE OMMUNITION TEHNIQUE EXPERIMENTTION MESURES SUR DES PPLITIONS PROFESSIONNELLES S01 IRUITS PROURUS PR DU OURNT ONTINU Rhéostat et Potentiomètre Objectifs : la fin du T.D., vous devez être capable de : Mettre en œuvre un montage rhéostatique ou potentiomètrique Déterminer par le calcul les différentes grandeurs relatives aux résistors réglables Pré requis : Savoir placer et utiliser un multimètre numérique en vue d effectuer une mesure de tension et de courant. Notions acquises sur l intensité, la tension, la résistance et la puissance en courant continu. Domaine de connaissances : On donne : - le document de travail, - le matériel nécessaire aux expériences à réaliser, - les schémas des différents montages, - les appareils de mesures. On demande : - de compléter le document de travail, - de réaliser les montages demandés, la mise sous tension se fera en présence du professeur, - d effectuer les mesures en toute sécurité. 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 ours TD TP Durée 2 nde 1 ère Terminale 3 h 00 NOM : Prénom :. Date : Note :./ 20 1/9

2 . Problématique On souhaite régler la luminosité d une lampe à partir d une tension d alimentation fixe. Une solution consiste à augmenter la résistance du circuit. On utilise pour cela une résistance ajustable constituée d un conducteur résistant enroulé sur un support isolant le long duquel un contact mobile appelé curseur peut se déplacer.. Principe du réglage d une résistance : Rappeler la formule justifiant que le déplacement du curseur qui agit sur la longueur du fil résistant influence la valeur de la résistance entre le curseur (borne "") et une borne fixe ("" ou ""). La valeur de la résistance portée sur le rhéostat est celle comprise entre les bornes et (R ). insi en déplaçant le curseur la résistance peut varier de 0 à R. Indiquer dans le tableau suivant la valeur de la résistance entre et d'une part et entre et d'autre part en fonction de la position du curseur. R R Position du curseur (borne "") en au milieu des points et en R Valeur de la résistance R Valeur de la résistance R pplication : Une résistance réglable est constitué d'un fil de ferronickel ( = 80 x 10-8 m) de 0,8 mm de diamètre recouvert d'un verni isolant. Le curseur peut se déplacer le long de la partie conductrice de 375 spires enroulées de façon jointive sur un support isolant cylindrique de 6,92 cm de diamètre. alculer le diamètre moyen puis la circonférence d'une spire enroulée sur le support isolant. En déduire la longueur du conducteur constituant le rhéostat Déterminer la résistance totale du rhéostat. Déterminer l'incrément minimal lors du déplacement du curseur. (Valeur de la résistance d'une spire) 2/9

3 . Montage rhéostatique : On se propose de réaliser le montage suivant : Schéma de principe RH Redessiner le schéma de principe en plaçant les appareils de mesure pour relever les tensions aux bornes de la lampe et aux bornes du rhéostat ainsi que l'intensité dans le circuit. G RLP Réalisation Vous disposez : d un générateur G réglé sur 24V, d un rhéostat de 106, d'une lampe 24V/40W, d'un ampèremètre, d'un voltmètre. Réalisez le montage, régler le rhéostat à sa valeur maximale (R = Rh) et appelez le professeur pour vérification. ttention : la mise sous tension devra se faire en présence du professeur Essai et mesures Relever la course totale que peut effectuer le curseur et déterminer le déplacement à effectuer pour relever 6 mesures équidistantes du curseur allant du point au point du rhéostat. ourse totale Distance entre 2 points du curseur 3/9

4 Mesures Position du curseur 0 (curseur en ) U RH U LP I alibre Résultat alibre Résultat alibre Résultat alcul de la résistance du rhéostat alcul de la résistance de la lampe (curseur en ) Exemple de calcul pour déterminer la résistance du rhéostat. Exemple de calcul pour déterminer la résistance de la lampe. aractéristiques du montage rhéostatique : Tracer sur feuille de papier millimétrée - en noir : l'évolution de la résistance du rhéostat en fonction de la position du curseur : Rh = f (position). - en vert : l'évolution de l'intensité en fonction de la position du curseur : I = f (position). ommenter l'allure des tracés obtenus. Rh = f (position) : I = f (position) : Pont diviseur de tension : Le rhéostat et la lampe peuvent être considérés comme 2 résistances en série qui constituent à elles deux un pont diviseur de tension : Nous pouvons retrouver quelle est la tension aux bornes de la lampe à partir de la tension d'alimentation et des valeurs de la résistance de réglage du rhéostat et de la lampe. 4/9

5 I R1 En appliquant la loi d'ohm sur R2 nous pouvons écrire : D'autre part, nous pouvons exprimer l'intensité en appliquant la loi d'ohm à l'ensemble du circuit : U 1 En remplaçant cette expression dans la 1 ère relation nous obtenons : R2 U 2 U 2 = pplication Dans le montage étudié avec le rhéostat : 1. exprimez littéralement, en s'appuyant sur la formule du pont diviseur de tension, les valeurs limites de la tension aux bornes de la lampe pour les 2 positions et du curseur. urseur en urseur en U mini = U LP U Maxi = 2. alimenté en 24V, déterminez par le calcul, pour les 6 positions du curseur, la valeur de la tension aux bornes de la lampe. Position du curseur 0 (curseur en ) Valeur de la résistance du rhéostat Valeur de la résistance de la lampe Tension aux bornes de la lampe (curseur en ) Exemple de calcul pour déterminer la tension aux bornes de la lampe : 5/9

6 Réalisez le montage suivant : D. Montage potentiomètrique : Schéma de principe Redessinez le schéma de principe en plaçant les appareils de mesure pour relever la tension de sortie du potentiomètre entre et ainsi que les intensités aux points et. Fléchez les différents courants et les différentes tensions du montage. G RH RLP Réalisation Vous disposez : d un générateur G réglé sur 24V, d un potentiomètre de 106, d'une lampe 24V/40W, d'un interrupteur, de deux ampèremètres, d'un voltmètre. Réalisez le montage, régler le rhéostat à sa valeur minimale (R = 0) et appelez le professeur pour vérification. ttention : la mise sous tension devra se faire en présence du professeur Mesures omme pour le montage rhéostatique, effectuer 6 mesures pour des déplacements équidistants du curseur allant du point au point, le montage étant à vide (interrupteur ouvert) puis en charge (interrupteur fermé). N.. : Lors de l'essai, pour chaque position du curseur, on portera les valeurs des mesures à vide et en charge dans les deux tableaux suivants sans modifier le réglage du potentiomètre mais en actionnant à chaque fois l'interrupteur. 6/9

7 Montage potentiomètrique à vide : Position du curseur 0 (curseur en ) alcul de U I la résistance alibre Résultat alibre Résultat R (curseur en ) Exemple de calcul pour déterminer la résistance du potentiomètre entre et. Montage potentiomètrique en charge : Position du curseur 0 (curseur en ) U I I alcul de la résistance alibre Résultat alibre Résultat alibre Résultat R LP (curseur en ) Exemple de calcul pour déterminer la résistance de la lampe R LP. 7/9

8 aractéristiques du montage potentiomètrique : Tracer sur feuille de papier millimétrée - en noir : l'évolution de la tension de sortie du potentiomètre en fonction de la position du curseur : U = f (position) lorsque le montage est à vide. - en bleu : l'évolution de la tension de sortie du potentiomètre en fonction de la position du curseur : U = f (position) lorsque le montage est en charge. - en vert : l'évolution de l'intensité dans la lampe en fonction de la position du curseur : I = f (position). ommenter l'allure des tracés obtenus. U = f (position) à vide : U = f (position) en charge : I = f (position) : daptation de la loi du pont diviseur de tension au montage potentiomètrique : Rechercher dans l'index du guide des métiers de l'électrotechnique la rubrique sur le pont diviseur de tension. Montage à vide : D'après les valeurs obtenues pour R dans l'essai à vide, indiquez pour quelle position particulière du curseur (0 à 5) la mesure correspond à la valeur totale de la résistance du potentiomètre R. Préciser sa valeur. Position du curseur pour R = R : Valeur de la résistance totale du potentiomètre : Pour la position du curseur n 4 et en s'appuyant sur la valeur de R calculée ci-dessus et sur la valeur de R indiquée dans le tableau, déterminer la valeur de R. alcul de la résistance du potentiomètre entre et. Pour la tension d'alimentation donnée en déduire la tension de sortie, en appliquant la loi du pont diviseur de tension. alcul de la tension de sortie du potentiomètre entre et. 8/9

9 omparer le résultat obtenu par calcul avec la valeur mesurée. Montage en charge : Pour la position du curseur n 4, indiquez la valeur de la résistance de la lampe : R LP = D'après cette valeur et celle de R, calculer la résistance équivalente à ces deux résistances. alcul de la résistance équivalente à R et R LP. Pour la tension d'alimentation donnée en déduire la tension de sortie, en appliquant la loi du pont diviseur de tension. alcul de la tension de sortie du potentiomètre entre et en charge (également aux bornes de la lampe). omparer le résultat obtenu par calcul avec la valeur mesurée. pplication Dans le montage étudié avec le potentiomètre en charge : 1. observer le montage et indiquer les valeurs limites de la tension aux bornes de la charge pour les 2 positions et du curseur. urseur en urseur en U mini = U LP U Maxi = Justification : Justification : 2. On réalise un montage potentiomètrique avec un potentiomètre de 200 alimenté en 24 V pour obtenir une tension variable aux bornes d'une charge de 100. Déterminer, en détaillant le calcul, la tension et l intensité dans la charge si le curseur est positionné à mi-course. 9/9