Loi des tensions

Chaque élève devra rédiger un compte-rendu soigné, en faisant des phrases claires et en justifiant chaque affirmation.

I Mesure des tensions	A lire attentivement.
Le niveau d'un point sur Terre se caractérise par son altitude.	Donner en une phrase la définition du mot tension. On reproduira le schéma électrique ci-dessous.	Le niveau électrique d'un point du circuit se caractérise par son potentiel: 0 V, 6 V ...
L'altitude ne peut être définie que par rapport à un niveau de référence, par exemple le niveau de la mer, d'altitude zéro par définition.		Le potentiel ne peut être défini que par rapport à un niveau de référence. Le potentiel de la masse est pris en général comme niveau zéro des potentiels.
Un appareil de mesure des distances (entre deux points) ne nous renseigne pas sur l'altitude.		Un voltmètre ne nous renseigne pas sur le potentiel, mais il permet de mesurer une différence de potentiel ou tension entre deux points d'un circuit.
De même que la hauteur de l'immeuble pourrait se mesurer avec une très grande règle graduée,		la tension entre les points A et B se mesure avec un voltmètre. On mesure ainsi la "différence entre le plus et le moins".

II Loi des tensions

A) Montage en série

On dispose de résistances de valeurs 33 W , 68 W et 120 W .

1) Réaliser le circuit ci-contre et mesurer les tensions U_AB, U_BC et U_AC.

2) Recommencer pour 2 autres couples de résistances et rassembler les résultats dans un tableau (modèle ci-contre).

3) Que remarque-t-on? Remplir la dernière ligne du tableau pour le vérifier.

Couples	33W/68 W
U_AB
U_BC
U_AC

Conclure.
4) Recommencer en plaçant 3 résistances en série. (On fera une seule série de mesures.)
Conclure en énonçant la loi des tensions.

Loi des tensions

B) Montage en dérivation

1) Réaliser au choix l'un des montages en dérivation ci-contre. On utilisera les résistances suivantes: 33 W , 68 W et 120 W .

2) Mesurer les tensions U_AB et U_CD.

3) Conclure sur les tensions aux bornes de deux branches en dérivation.

Dérivation

III Application: le diviseur de tension A) Sans résistance de charge
Objectif: A partir d'une tension d'entrée U_EM, on souhaite obtenir une tension de sortie U_SM plus faible. Le dispositif ci-contre est un quadripôle, puisqu'il possède quatre bornes (deux d'entrée et deux de sortie).		1) Appliquer la loi des tensions pour montrer que U_SM < U_EM . Ce dispositif pourra être utilisé pour limiter la tension à 5 V, lorsqu'on utilise la carte Candibus de l'ordinateur. On pourra alors utiliser des générateurs délivrant 6 v ou 12 V.
2) Réaliser le montage ci-contre en choisissant parmi les valeurs de résistances: 33 W , 68 W et 120 W . 3) On peut démontrer que la tension de sortie U_SM est donnée par la relation: On désire vérifier cette relation.	Calculer les rapports U_SM / U_EM et R₂ / (R₁ + R₂). Conclure. Recommencer pour un autre couple de résistances. 4) Trouver les valeurs de R₁ et R₂ possibles pour avoir une tension de sortie U_SM voisine de 5 V en utilisant un générateur délivrant une tension constante de 15 V. On choisira parmi les valeurs de résistances: 33 W , 68 W, 120 W et 220 W .

III Application: le diviseur de tension B) Avec résistance de charge

Lorsqu'on utilise un diviseur de tension, on branche aux bornes de sortie S et M du quadripôle, des composants électroniques tels que des résistances.

Que se passe-t-il alors? La formule du diviseur de tension: Formule à connaître
peut-elle encore s'appliquer?

La résistance placée entre S et M se nomme résistance de charge.

1) Calculer U_SM en utilisant la formule du diviseur de tension.

2) Placer un voltmètre pour mesurer U_SM. Utiliser plusieurs valeurs de R_ch et rassembler les résultats dans un tableau. Les valeurs de R_ch iront de 100 W à 1MW .

3) Conclure.

Avec résistance de charge

R₁ = 33 W et R₂ = 68 W

III Application: le diviseur de tension C) Démonstration

On se place dans le cas où aucune résistance de charge n'est placée entre S et M.

1) Que dire de l'intensité dans R₂ ?

2) Exprimer U_SM puis U_EM en fonction de R₁, R₂ et I.

3) Eliminer I entre ces deux équations et en déduire l'expression de U_SM :

formule.gif (1363 octets)

4) Pourquoi cette expression n'est-elle pas valable si l'on branche un composant entre S et M ?

I Mesure des tensions	II Loi des tensions (en série)	II Loi des tensions (en dérivation)
III Application: le diviseur de tension A) Sans résistance de charge		B) Avec résistance de charge
C) Démonstration