LA TENSION ÉLECTRIQUE ENTRE DEUX POINTS D UN CIRCUIT Je me souviens : Un dipôle est un composant ou un appareil électrique qui possède deux bornes. Circuit en série et circuit avec dérivation : Dans un circuit en série tous les dipôles sont placés les uns à la suite des autres : ils forment une seule boucle. Un circuit avec une dérivation comporte deux boucles. Deux dipôles branchés en dérivation appartiennent à deux boucles différentes. Distinguer grandeur, unité et valeur Exemple : la température de l eau est de 20 C : Je découvre et je réponds aux questions : La foudre est une décharge électrique dans l air qui produit un courant très intense entre un nuage et le sol. Une tension électrique très élevée est nécessaire pour déclencher la foudre et observer un éclair d orage. En classe de 5 ème, vous avez appris qu un circuit électrique comporte toujours un générateur associé à un ou plusieurs récepteurs (lampe, moteur, etc.). Peut-on alimenter n importe quel récepteur par n importe quel générateur? L intensité du courant et la tension électrique sont deux grandeurs qui conditionnent le fonctionnement d un récepteur. Au cours de cette activité vous allez découvrir la notion de tension électrique. 1. Observations Quelle indication peut-on lire sur chaque composant ou appareil électrique? Après observation des quatre photos ci-dessous, compléter le tableau suivant. Groupe Collège 2009-2010 Académie de Créteil Page 1
Tableau à compléter Composant ou appareil électrique Indication(s) lue(s) Pile «plate» photo1 Pile «ronde» photo1 Générateur de TP. Photo4 Lampe photo2 Lampe à économie d énergie ; photo3 Les indications que vous avez lues et reportées dans le tableau sont celles d une grandeur appelée «tension électrique». «V» est le symbole du volt, unité de tension électrique. 2. Comment mesurer une tension? a) Quel appareil utiliser? Un multimètre (photo 5) possède plusieurs fonctions. On utilise la fonction «voltmètre» pour mesurer des tensions électriques. Dans ce cas l appareil porte le nom de : voltmètre. Son symbole est : b) L expérience Le matériel utilisé est un générateur 6V, un interrupteur, une lampe (6V), des fils de connexion 1) Schématiser dans le rectangle un circuit en série, fermé, comprenant les dipôles cités cidessus (sans le voltmètre). 2) Indiquez par une flèche sur le circuit schématisé le sens conventionnel du courant électrique Groupe Collège 2009-2010 Académie de Créteil Page 2
c) On souhaite mesurer la tension aux bornes de la lampe alimentée par le générateur. Lire attentivement la méthode en annexe expliquant l utilisation d un multimètre en voltmètre. 1) Compléter la phrase suivante pour expliquer comment on branche un voltmètre : Le voltmètre doit être placé... entre les bornes Le courant doit rentrer par la borne. du voltmètre et sortir par sa borne. 2) Ajouter sur le schéma précédent le voltmètre, sans oublier de nommer ses deux bornes. d) On réalise le circuit, puis on place le voltmètre pour mesurer la tension aux bornes de la lampe (photo 6) Lecture de la mesure. Le sélecteur du voltmètre est placé sur le calibre 200V. Que lit-on sur l écran lorsque l interrupteur est fermé? Photo 6 e) Écriture du résultat. Nom de la grandeur mesurée :.. ; symbole : U Nom de l unité de mesure : ; symbole :.. Valeur de la tension lue sur l appareil lorsque l interrupteur est fermé : Expression du résultat : U = f) Multiple et sous-multiple du volt. On utilise aussi un multiple et un sous-multiple de l unité «volt». Compléter le tableau suivant : Groupe Collège 2009-2010 Académie de Créteil Page 3
g) On inverse le branchement aux bornes du générateur. Qu est-ce qui change dans l affichage (écran du voltmètre)? Expression du nouveau résultat : U = h) En s aidant de la fiche méthode en annexe, déterminer le calibre le mieux adapté à la mesure et noter sa valeur. Calibre le mieux adapté = Après avoir réglé le voltmètre sur le calibre le mieux adapté, on mesure à nouveau la tension aux bornes de la lampe (photo ci-dessous). Exprimer le résultat obtenu avec ce calibre. Expression du résultat : Je vérifie Réponses aux questions de l activité 1. Tableau à compléter Composant ou appareil électrique Indication(s) lue(s) Pile «plate» photo1 Pile «ronde» photo1 Générateur de TP. Photo4 4,5V 1,5V 3V ; 4,5V ; 6V ; 7,5V ; 9V ; 12V Lampe photo2 Lampe à économie d énergie ; photo3 3,5V 230V 2. b) Schéma du circuit en série et fermé Groupe Collège 2009-2010 Académie de Créteil Page 4
c) 1) Mesure de la tension aux bornes de la lampe alimentée par le générateur. Le voltmètre doit être placé en dérivation entre les bornes de la lampe. Le courant doit rentrer par la borne «V» du voltmètre et sortir par sa borne «COM». 2) Schéma du circuit précédent complété avec un voltmètre branché en dérivation aux bornes de la lampe. d) Lecture de la mesure : 5,9, le sélecteur est placé sur le calibre 200V. e) Écriture du résultat. Nom de la grandeur mesurée : tension ; symbole : U Nom de l unité de mesure : volt ; symbole : V Valeur de la tension lue sur l appareil lorsque l interrupteur est fermé : 5,9 Expression du résultat : U = 5,9V f) Multiple et sous-multiple du volt. g) On inverse le branchement aux bornes du générateur : la valeur affichée est négative Expression du nouveau résultat : U = - 5,9V h) Calibre le mieux adapté à la mesure = 20V Expression du résultat : U = 5,97V La tension mesurée est plus précise : elle est affichée sur l écran avec deux chiffres significatifs après la virgule. Je retiens Cette partie est à recopier / imprimer sur le cahier / classeur La tension électrique aux bornes d un dipôle se mesure à l aide d un voltmètre placé en dérivation aux bornes du dipôle considéré et s exprime en volt. Pour que la tension mesurée soit positive, la borne V du voltmètre doit être reliée à la borne positive du générateur par l intermédiaire de deux fils de connexion : le courant doit entrer par la borne V du voltmètre et sortir par sa borne COM. Groupe Collège 2009-2010 Académie de Créteil Page 5
Je m entraîne 1. Mesure de la tension entre les bornes d un dipôle. Un élève a réalisé le circuit de la photo1 ci-dessous. La partie utile du multimètre est agrandie (photo2). a) Le multimètre utilisé est branché : Cocher la ou les bonne(s) réponse(s) en série en dérivation aux bornes du générateur aux bornes de la lampe b) Quelle notation porte la borne du multimètre reliée à: la borne + du générateur?. la borne négative du générateur?.. c) Schématiser le circuit de la photo1 dans le cadre ci-dessous. Groupe Collège 2009-2010 Académie de Créteil Page 6
d) Le multimètre est utilisé en : Cocher la ou les bonne(s) réponse(s) ampèremètre ohmmètre voltmètre e) Parmi les affirmations suivantes, rayer celle(s) qui est (sont) fausse(s). 1) 200V représente le calibre le plus élevé du voltmètre. 2) L appareil ne peut mesurer que des tensions supérieures à 200V. 3) L appareil ne peut mesurer que des tensions inférieures à 200V. 4) La tension mesurée dans le montage (photo1) vaut 4,4 A. 5) Si la borne «V» de l appareil est reliée à la borne du générateur, un signe précède la valeur affichée sur l écran. Il faut alors inversez les connexions des bornes V et COM. f) Écrire l expression du résultat lu sur l écran : g) Déterminer le calibre le mieux adapté à la mesure et noter sa valeur :. Que vaut alors la tension mesurée: Cocher la bonne réponse. 4V 5V 4,5V 4,48V Justifier votre choix...... Correction a) Le multimètre utilisé est branché : en série en dérivation aux bornes du générateur aux bornes de la lampe b) Quelle notation porte la borne du multimètre reliée à : a. la borne + du générateur? : «V» ; la tension mesurée est positive. Le courant entre donc par la borne V du voltmètre et sort par sa borne COM. b. la borne négative du générateur? «COM» c) Schéma du circuit de la photo1. d) le multimètre est utilisé en : ampèremètre ohmmètre voltmètre Groupe Collège 2009-2010 Académie de Créteil Page 7
e) Les affirmations rayées sont fausses. 1) 200V représente le calibre le plus élevé du voltmètre. 2) L appareil ne peut mesurer que des tensions supérieures à 200V. 3) L appareil ne peut mesurer que des tensions inférieures à 200V. 4) La tension mesurée dans le montage (photo1) vaut 4A. 5) Si la borne «V» de l appareil est reliée à la borne du générateur, un signe précède la valeur affichée sur l écran. Il faut alors inversez les connexions des bornes V et COM. f) Expression du résultat lu sur l écran : U = 4,4V g) Déterminer le calibre le mieux adapté à la mesure et noter sa valeur : 20V Avec le calibre 20V, la valeur de la tension mesurée parmi les nombres suivants est: 4V 5V 4,5V 4,48V Justification : Le calibre 20V est immédiatement supérieur à la tension mesurée 4,4V, c est donc le calibre le mieux adapté à la mesure, c est-à-dire le calibre qui donnera la plus grande précision «tension mesurée = 4,48V». La valeur de la tension (4,48) possède deux chiffres significatifs après la virgule au lieu d un (4,4) en utilisant le calibre 200V. Groupe Collège 2009-2010 Académie de Créteil Page 8
ANNEXE Méthode Comment utiliser un multimètre en voltmètre? Le voltmètre possède plusieurs calibres : 2V, 20V, 200V et 600V (voir zone des calibres sur la photo 5). Un calibre correspond à la valeur maximale que peut mesurer l appareil sans être détérioré. Si vous ne connaissez pas la valeur de la tension à mesurer et sauf indication contraire, placez le sélecteur sur le plus grand calibre de tension (ici 600V) en mode continu «V». Remarque : Les tensions mesurées sont continues. Une tension est dite continue si elle garde la même valeur au cours du temps. Branchez le voltmètre en dérivation aux bornes du dipôle : la borne V du voltmètre est reliée au circuit vers la borne positive de la pile et la borne COM vers la borne négative de la pile. Lisez sur l écran la valeur de la tension en volt. Pour augmenter la précision de la mesure, choisissez le calibre immédiatement supérieur à la valeur affichée. Le calibre le mieux adapté est celui qui donnera la plus grande précision. Quelques précautions d utilisation du voltmètre. Choix du calibre. En l absence de consignes précises du professeur utilisez TOUJOURS le calibre le plus élevé. Erreurs de branchement. Ne jamais placer un voltmètre en série. Pour lire la bonne valeur il est indispensable que le courant traverse le voltmètre, dans le sens conventionnel, de la borne V vers la borne COM. Si la valeur affichée est négative, inversez les connexions des bornes V et COM. Groupe Collège 2009-2010 Académie de Créteil Page 9