Propriétés des conducteurs ohmiques

Fiche-résumé n° 7

Loi d'Ohm
1. A l'aide du multimètre utilisé en ohmètre, mesurer les valeurs des résistances R₁,R₂, R₃, R₄.
  (R₁ résistance marquée 150, R₂ résistance marquée 220 ,R₃ résistance marquée 10, R₄ résistance marquée 22)
  Attention : lors d'une mesure de résistance le conducteur ohmique ne doit être relié à rien d'autre qu'au multimètre : dans le cas contraire la mesure sera fausse et la manipulation peut même être dangereuse si le conducteur ohmique est relié à un générateur en fonctionnement.
2. Réaliser le montage du schéma 1. Régler le générateur sur une tension non nulle inférieure à 10V. Sur le schéma ajouter les flèches représentant la tension U et l'intensité I mesurées.
  Relever les valeurs de U et de I. L'expression U=RI est-elle valable ? Préciser les unités de U, R et I.
3. Inverser les bornes du voltmètre (schéma 2).Sur le schéma 2 ajouter les flèches représentant la tension U et l'intensité I mesurées dans ce deuxième cas. L'expression U=RI est-elle encore valable ? Que devient, alors, la relation entre U et I ?
  Défaire le montage
Association en série
1. Associer en série R₁ et R₂, mesurer la résistance de l'ensemble. Que constate-t-on ? Ajouter, toujours en série, R₃, puis R₄, en mesurant chaque fois la résistance de l'ensemble. Conclure.
2. Pour le schéma 3 ci-dessous : écrire la loi d'Ohm pour R₁, puis pour R₂. Ecrire U en fonction de U₁ et U₂, puis de R₁,R₂,I. Montrer qu'on retrouve le résultat du B1.
Diviseur de tension
1. Réaliser l'association du schéma 3 et la relier au générateur réglé sur 5V. Mesurer U, U₁ et U₂.
2. Déterminer de trois façons différentes l'intensité du courant dans le circuit : dans chaque cas écrire d'abord une expression littérale, puis faire l'application numérique
3. Ecrire une expression littérale de U₁ , en fonction de U, R₁ et R₂. Même question pour U₂.
4. Ouvrir le ficher "conducohm.123".
  1. Ecrire dans la cellule E4 la formule de calcul qui permet de déterminer U₁ en fonction de U, R₁ et R₂. Pour plus de facilité la cellule B4 a été nommée U , C4 a été nommée RE1 et D4, RE2 : vous pouvez donc utiliser les symboles U, RE1 et RE2 pour désigner U, R₁ et R₂ dans la formule.
  2. Ecrire de même dans la cellule F4 la formule de calcul qui permet de déterminer U₂ en fonction de U, R₁ et R₂.
  3. Sélectionner le champ E4..F4, ouvrir la boîte de propriétés (par 'propriétés de champ') . Dans l'onglet #, choisir le format d'affichage "fixe" avec deux décimales, ou "scientifique" avec deux décimales. Enregistrer le fichier .
  4. Compléter les cellules B4 à D4 avec les valeurs de U,R₁ et R₂. Vérifier que vos formules vous donnent les bonnes valeurs de U₁ et U₂.
5. A l'aide de la feuille de calculs, prévoir la valeur que prendront U₁ et U₂ , avec les mêmes résistances, si U=4V. Vérifier à l'aide du multimètre utilisé en voltmètre.
6. Prévoir la valeur que prendront U₁ et U₂, si U=6V et qu'on remplace la résistance marquée 150Ω par celle de 22Ω. Vérifier à l'aide du multimètre utilisé en voltmètre.
  
  Défaire le montage.
Association en parallèle
1. Pour l'association représentée ci-dessus, écrire la loi d'Ohm pour R₁, puis pour R₂. En déduire une expression littérale de I₁ en fonction de U et R₁, puis de I₂ en fonction de U et R₂. Ecrire une expression littérale de I en fonction de I₁ et I₂. En déduire une expression littérale de I en fonction de U,R₁ et R₂. Si on remplaçait les résistances par une unique résistance R, quelle serait la relation entre I et U ?
2. Montrer que
3. Dans la cellule E6 écrire la formule de calcul qui permet d'obtenir la valeur de la résistance équivalente à l'association R₁R₂ parallèle avec les valeurs de R₁ et R₂ écrites dans C4 et D4. Enregistrer le fichier. Utiliser la feuille de calcul pour déterminer la valeur de la résistance équivalente à l'association en parallèle de résistances de
  - 150 Ω et 220 Ω
  - 10Ω et 22Ω
  - 10Ω et 150Ω
  - 22Ω et 220Ω
    Vérifier avec le multimètre utilisé en ohmètre.
Le rhéostat
1. Constitution
  1. Combien de bornes le rhéostat utilisé compte-t-il ?
  2. En regardant à travers la carcasse grillagée, déterminer à quelle partie du rhéostat la borne verte et jaune est reliée. Que représente cette borne pour le rhéostat ?
  3. De la même façon déterminer à quelle partie du rhéostat sont reliées les bornes noires et la borne rouge. Dans la suite on appelle C la borne rouge, A et B les bornes noires.
  4. Mesurer la résistance R_AB du rhéostat entre les bornes A et B. Déplacer le curseur et refaire la mesure, plusieurs fois: peut-on considérer que R_AB ne dépend pas de la position du curseur ?
  5. Reprendre la même question pour la résistance R_ACentre A et C.
  6. Brancher deux multimètres pour mesurer simultanément R_AC et R_CB. Créer une nouvelle feuille dans le classeur CONDUCOHM, y relever les valeurs de R_AC et R_CB pour 5 positions différentes du curseur, régulièrement réparties entre les deux extrémités. Calculer (dans la feuille de calcul) les valeurs de R_AC+ R_CB. Quelle conclusion peut-on en tirer ?
  7. Le schéma ci-dessous est la représentation symbolique du rhéostat. D'après les constatations précédentes, placer A, B et C (bornes du rhéostat) sur ce schéma. (la carcasse n'y figure pas).
2. Montage potentiométrique
  1. Placer A,B et C sur le schéma ci-dessous et représenter par des flèches les tensions U_AC et U_CB
    
    Réaliser le montage. Régler U_PN sur environ 6V. Eteindre le générateur et connecter deux voltmètres pour mesurer simultanément U_AC et U_CB. Faire vérifier.
  2. Allumer le générateur . Déplacer le curseur.
    Comment varient U_AC, U_CB, U_AC + U_CB (préciser le sens de déplacement du curseur par-rapport aux bornes A et B) ?
  3. Entre quelles valeurs extrêmes les tensions U_AC et U_CB varient-elles ?
  4. Montrer que ce montage est une application du montage 'diviseur de tension' vu au III. A quoi peut-il servir ?