I- Associations des conducteurs ohmiques.

1)- Introduction.

- Les conducteurs ohmiques ont des résistances dont les valeurs sont bien déterminées, elles sont normalisées.

- Lorsqu’on désire une valeur de résistance différente, on peut réaliser une association en série ou en parallèle.

- On dispose des conducteurs ohmiques suivants :

2)- Association en série.

a)- Association de C.O₁ et C.O₂.

- Vérifier les valeurs des résistances des C.O₁ et C.O₂ à l'ohmmètre.

- Mesurer la valeur de la résistance R de l’association série.

- En déduire une relation simple entre R₁, R₂ et R.

► On ajoute en série le C.O₃ avec les deux autres C.O.

- Que devient la résistance R de l’association des 3 conducteurs ohmiques ?

- Classer les valeurs des différentes résistances par ordre croissant. Quelle remarque peut-on faire ?

b)- Association de C.O₄ et C.O₅. Idem.

► On ajoute en série le C.O₆ avec les deux autres C.O.

- Peut-on conclure ?

3)- Association en dérivation ou parallèle.

a)- Association de C.O₁ et C.O₂.

- Mesurer à l’ohmmètre la valeur de la résistance R’ de l’association.

- Peut-on donner une relation simple liant R₁, R₂ et R’ ?

═► Additif :

-  Lorsque les conducteurs ohmiques sont associés en dérivation, la valeur de la résistance de l’association ne peut pas être obtenue facilement. 

-  On définit une nouvelle grandeur physique, la conductance notée G :

- 

- Calculer la conductance de chaque C.O.

-  Calculer la conductance de l’association à partir de la mesure R’.

- En déduire une relation simple entre les conductances.

► On ajoute en dérivation le C.O₃ avec les deux autres C.O.

- Calculer la conductance de l’association.

- En déduire la valeur de la résistance de l’association.

-  Classer les valeurs des différentes résistances par ordre croissant. Quelle remarque peut-on faire ?

-  Mesurer la valeur de la résistance de l’association à l’ohmmètre. Comparer.

b)- Association de C.O₄ et C.O₅. Idem.

► On ajoute en dérivation le C.O₆ avec les deux autres C.O.

- Peut-on conclure ?

4)- Compte – rendu :

- Faire la synthèse des différentes lois des associations. 

II- Utilisation d’un conducteur ohmique dans un circuit.

1)- Activité 1.

a)- Montage.

Réaliser le montage suivant :

► Le générateur de tension : alimentation ajustable ( 0 –12 V) que l’on règle sur 5 V à l’aide d’un voltmètre.

► La  D.E.L : diode électroluminescente (verte ou rouge) dont l’intensité maximale est I _max < 30 mA.

► Question :

- Comment connaître  la valeur de l’intensité du courant électrique dans le circuit en utilisant un seul voltmètre ?

► Vérification :

- Vérifier la valeur de l’intensité du courant dans le circuit à l’aide d’un ampèremètre.

b)- Compte – rendu de l’activité 1 :

- Proposer un protocole permettant de déterminer la valeur de l’intensité du courant électrique dans un circuit.

- Représenter  le schéma électrique avec les appareils de mesure nécessaires.

-  Préciser les connexions et les valeurs des différentes mesures effectuées.

- Indiquer les calibres utilisés.

- La valeur de l’intensité lue est-elle en accord avec la valeur obtenue à l’aide du voltmètre ? Commenter.

2)- Activité 2.

a)- Additif :

-  La loi d’Ohm est encore valable avec des courants variables.

-  Il est donc possible d’utiliser un conducteur ohmique comme capteur d’intensité de courant électrique dans un montage alimenté par un générateur de tension variable.

b)- Montage.

  Réaliser le montage suivant :

c)- Connexions :

- Connecter la voie N° 1 de l’oscilloscope aux bornes du G.B.F et la voie N° 2 de l’oscilloscope aux bornes du conducteur ohmique de résistance R.

d)- Réglages préliminaires :

 Allumer le G.B.F :

- Régler la fréquence sur 1000 Hz

- Placer le sélecteur d’amplitude sur la valeur 1 et le bouton de réglage de l’amplitude du signal aux ¾ de la graduation.

- Sélectionner le signal sinusoïdal sur le G.B.F.

 Régler l’oscilloscope de manière à obtenir un oscillogramme exploitable.

e)- Mesures  et compte – rendu :

- Pour effectuer les mesures, il faut ajuster la valeur de l’amplitude du G.B.F

- Régler le G.B.F afin qu’il fournisse une tension sinusoïdale d’amplitude U_m = 3 V et de fréquence f = 1000 Hz.

Faire le schéma du circuit électrique en indiquant les différentes connexions.

- Représenter l’oscillogramme obtenu en repérant la tension aux bornes du G.B.F et la tension aux bornes du conducteur ohmique.

- En déduire les caractéristiques de l’intensité du courant dans le circuit (fréquence, période,..).

- Entre quelles valeurs extrêmes l’intensité du courant dans le circuit varie-t-elle ? Donner l’amplitude I _m du courant électrique dans le circuit.

- Donner la valeur de l’intensité efficace I dans le circuit sachant que .

- Vérifier cette valeur à l’aide d’un ampèremètre. Conclusion.

3)- Activité 3.

a)- Tracé de la caractéristique d’un dipôle à l’aide d’un oscilloscope.

-  Un oscilloscope possède le mode X Y qui permet de combiner les voies N° 1 et N° 2 de l’oscilloscope. 

-  Ce mode permet de visualiser les variations de la tension appliquée à la voie N° 2 en fonction de celle appliquée à la voie N° 1.

- Ce mode permet de visualiser la caractéristique d’un dipôle ( à une constante près).

- Le but de la manipulation est de visualiser la caractéristique intensité – tension d’un dipôle. 

- Dans un premier temps le dipôle étudié est un conducteur ohmique de résistance R_D = 180 Ω.

b)- Montage.

Réaliser le montage suivant :

c)- Connexions :

- Connecter le circuit à l’oscilloscope afin de visualiser les variations de la tension  u_PA  à la voie N° 1 et les variations de la tension u_BA  à la voie N° 2.

d)- Réglages préliminaires :

Allumer le G.B.F :

- Régler la fréquence sur 1000 Hz

- Placer le sélecteur d’amplitude sur la valeur 1 et le bouton de réglage de l’amplitude du signal aux ¾ de la graduation.

- Sélectionner le signal sinusoïdal sur le G.B.F.

Régler l’oscilloscope de manière à obtenir un oscillogramme exploitable.

- Comment faire pour visualiser les variations de la tension u_AB  à la voie N° 2 ?

- Passer en mode X Y et affiner les réglages.

e)- Compte – rendu de l’activité 3 :

Faire le schéma du circuit électrique en indiquant les différentes connexions.

- Que représente l’oscillogramme obtenu (à une constante près)? Faire le schéma de l’oscillogramme obtenu.

- Que peut-on en déduire ? à partir de l’oscillogramme, retrouver la valeur de la résistance R_D du dipôle.

- Quel est le rôle du conducteur ohmique de résistance R dans ce circuit ?

4)- Activité 4 :

- Proposer un protocole permettant de visualiser la caractéristique intensité – tension d’un conducteur ohmique.

- Comment faut-il procéder pour retrouver la valeur de la résistance R du conducteur ohmique à l’aide de l’oscillogramme obtenu ?

III- Pour aller plus loin.

1)- Détermination d’intensité du courant.

-  On considère le montage suivant :  R₁ =  1,0 kΩ, R₂ = 470 Ω,  R₃ = 330 Ω et R₄ = 220 Ω.

-  Afin de calculer l’intensité I₁ du courant dans la branche contenant le générateur,

-  on désire connaître la résistance R_e de l’association des quatre conducteurs ohmiques R₁, R₂, R₃ et R_4.

a)- Nommer les différentes branches de ce montage, ainsi que les nœuds électriques.

b)- Recherche de la valeur de la résistance R_e de l’association des quatre conducteurs ohmiques R₁, R₂, R₃ et R_4.

- Première étape : Calculer la valeur de la résistance R_e1 de l’association de R₃ et R₄. Justifier la réponse.

- Deuxième étape : Calculer la valeur de la résistance R_e2 de l’association de R_e1 et R₂. Justifier la réponse.

- Troisième étape : Calculer la valeur de la résistance R_e de l’association de R_e2 et R₁. Justifier la réponse.

- Remarque : pour chaque étape représenter le schéma du montage équivalent et préciser le type d’association.

- Montage 1 :  Association série

- Montage 2 : association en dérivation

- Montage 3 :

c)- Faire le schéma du montage équivalent comprenant le générateur et le conducteur ohmique de résistance R_e.

-  Représenter le sens du courant I₁ dans le circuit par une flèche.

d)- Calculer la valeur de l’intensité I₁ du courant électrique circulant dans la branche contenant le générateur.

e)- Calculer la valeur de la tension U_PA . Représenter cette tension par un segment fléché.

- Valeur de la tension U_PA .

f)- Calculer la valeur de la tension U_AB . Représenter cette tension par un segment fléché.

g)- Calculer la valeur de l’intensité I₂ du courant électrique circulant dans la branche contenant le conducteur ohmique de résistance R₂.

-  Représenter le sens du courant I₂ dans le circuit par une flèche.

h)- Calculer la valeur de l’intensité I₃ du courant électrique circulant dans la branche contenant les conducteurs ohmiques de résistance R₃ et R₄.

Représenter le sens du courant I₃ dans le circuit par une flèche.

i)- Contrôler les différentes valeurs trouvées à l’aide du logiciel Crocodile Clips.

2)- Résistance d’un voltmètre.

-  On réalise le montage suivant :

a)- Calculer la valeur de l’intensité I₁ du courant électrique circulant dans l’ampèremètre en supposant négligeable l’intensité du courant dérivé dans le voltmètre.

On suppose aussi que la résistance de l’ampèremètre est négligeable devant La résistance R du conducteur ohmique.

b)- Sélectionner la bonne réponse parmi celles proposées ci-dessous :

Le courant qui circule dans la branche contenant le voltmètre est pratiquement nulle car :

- La résistance interne r du voltmètre est très faible.

- La résistance interne r du voltmètre est très grande.

c)- La notice indique que la résistance interne du voltmètre est r = 10⁷  Ω.  Calculer la valeur de la résistance R_e de l’association de R et r.

d)- Calculer la valeur de l’intensité I du courant qui circule réellement dans l’ampèremètre.

e)- Calculer la valeur de l’intensité I_V du courant qui circule dans le voltmètre.

f)- Calculer la valeur de l’intensité I_R du courant qui circule le conducteur ohmique de résistance R.

g)- Comparer  les valeurs de I_R, I _V et I. Peut-on négliger l’intensité du courant qui traverse le voltmètre ?

h)- Contrôler les différentes valeurs trouvées à l’aide du logiciel Crocodile Clips.

IV- Rôle d’un conducteur ohmique à l’aide d’un logiciel de simulation. (si le temps le permet)

1)- Activité 1.

2)- Activité 2.

3)- Activité 3.

a)- Pour aller plus loin.

- Le logiciel de simulation intègre un oscilloscope.

-  Il faut dans ce cas placer des sondes dans le circuit.

- On dispose de quatre sondes : la bleue, la rouge, la rose et la verte.

-  Une sonde mesure la différence de potentiel entre le point du circuit où elle est placée et le point où est situé la masse du circuit.

- Les différents composants du circuit :

b)- Rôle du conducteur ohmique.