Travaux pratiques d`électricité
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1. on utilise ces composants et on donnera la valeur de la r sistance utilis e en fonction de Re lcemax et Vmax lt Dessiner le circuit lectrique correspondant ce montage m Expliquer ce qui doit tre modifi pratiquement dans la solution propos e afin de changer le calibre du voltm tre fabriqu autrement dit de changer la valeur de Vmax Protocole exp rimental et r sultats des mesures Mat riel n cessaire lt Un galvanom tre de r sistance interne 1600 ou 3000 et de courant maximal 50mA m Des r sistances de 600 1000 2400 4400 et 10000 lt 6 cordons de branchement m Un multim tre digital m Une alimentation 0 30 V continue D marche exp rimentale lt A partir du travail pr liminaire et du galvanom tre votre disposition constituer un voltm tre de calibres Vmax 10V 20V et 30V si Re 1600 ou 15V 20V et 30V si Re 3000 Pour changer de calibre on changera simplement les connexions des cordons de branchement w Pour chaque calibre du voltm tre r alis le tester en utilisant la m thode suivante A l aide de l alimentation et d une r sistance c bler un circuit l mentaire aux bornes duquel la diff rence de potentiel est gale au calibre consid r Diminuer avec le bouton de r glage la tension aux bornes du circuit jusqu obtenir une valeur nulle Ins rer le voltm tre artisanal et le multim tre digital en mode voltm tre au circuit R augmenter p2. Cours de Physique G n rale dise ES LPHY1113C E d electricit dispens par les professeurs Edition 2012 2013 Thierry Fichefet et Jim Plumat Olivier Lecomte Elisabeth Crespin Francisco Velasco Espejo 9 Assistant e UCL SST SC PHYS Facult des Sciences UCL ELI ELIC Earth and Life Institute 2 Technicien de laboratoire SST SC PHYS Facult des Sciences Coordinateur du cours LPHY1113B amp D C amp E et professeur responsable du cours de Physique des Fluides Professeur responsable du cours d Electricit et de Magn tisme Univ rsit catholique de Louvain Introduction Ces travaux pratiques d lectricit ont pour but de familiariser les tudiants aux composants lectriques tels que les condensateurs et les r sistances ainsi qu au c blage de circuits lectriques aliment s en courant continu On tudiera notamment les lois reliant la charge et la diff rence de potentiel pour un condensateur la loi d Ohm pour les r sistances ainsi que des applications concr tes de ces lois dans le cadre de la r alisation d outils artisanaux de mesure du courant lectrique Le travail est propos sous forme deux s ances th matiques sur les condensateurs et les r sistances suivies d un mini projet de conception d amp rem tres et de voltm tres partir de galvanom tres cadre mobile qui seront finalement utilis s pour observer la charge d charge d un condensateu
3. Universit catholique de Louvain o NNIVERSI y Pa Vo 5V R 100kQ lt D connecter la source de tension et mesurer le courant de d charge toutes les 5 secondes lt Effectuer la m me d marche pour le condensateur de 100 uF Traitement des donn es et conclusion za Sur le graphique reporter vos mesures de courant en fonction du temps Que constate t on pour la charge et la d charge Est ce normal DT D duire de vos deux graphes exp rimentaux les valeurs r elles des capacit s en explicitant la d marche 22 Effectuer un calcul de propagation d erreur pour d terminer AC en fonction de Ai et At PT Quel est l int r t de cette mesure EXP RIENCE 2 DETERMINATION DE LA CONSTANTE DE TEMPS D UN CIRCUIT Travail pr liminaire a Etablir la formule permettant de calculer la constante de temps d un circuit partir du temps T que met la tension aux bornes du condensateur pour passer de sa valeur initiale la moiti de celle ci lors de la d charge zan Lors de la d marche exp rimentale suivante on cherche mesurer la tension aux bornes du circuit l aide d un voltm tre artisanal Expliquer pourquoi il n est pas possible d effectuer ces mesures en r utilisant exactement le m me voltm tre qu la s ance 3 Guide de travaux pratiques d lectricit dition 2012 2013 Page 18 de Louvain Univ fsit catholique k Fi x g A A A era 5 x A
4. 7 _ Traitement des donn es et conclusion Pour chaque mesure effectu e rappeler le sch ma th orique du montage r aliser Dans chaque cas tablir les formules permettant d valuer l intensit du courant et la valeur de la r sistance quivalente s il y a lieu afin de compl ter les diff rents tableaux o La loi d Ohm est elle v rifi e Si non pourquoi Guide de travaux pratiques d lectricit dition 2012 2013 Page 10 Univ rsit catholique de Louvain o NNIVERSI y s EXP RIENCE 2 APPLICATION DE LA LOI D OHM LE PONT DIVISEUR DE TENSION Travail pr liminaire Pour le sch ma lectrique suivant AV ji n ZR j l de r sistances en s rie Ce circuit est appel pont diviseur de tension car chaque tension AV correspond la tension principale AV divis e par un coefficient d pendant des r sistances en s rie En ajustant la valeur des r sistances on peut d s lors cr er des tensions de r f rences pouvant servir alimenter d autres circuits dispositifs lectriques n cessitant une tension inf rieure AV o n est le nombre total Montrer l aide la loi d Ohm que quel que soit i AV AV En prenant AV 16 V et en supposant R 1 kQ proposer une solution pour cr er des diff rences de potentiel approximatives de 12 et 9 V pour AV et AV respectivement On utilisera les m mes valeurs de r sis
5. Guide de travaux pratiques d lectricit dition 2012 2013 Page 19 Univ rsit catholique de Louvain sVNIVERS Ie PCA Traitement des donn es et conclusion TC partir des mesures compl ter le tableau ci dessus en justifiant le calcul des diff rentes quantit s PT Pour les quatre mesures avec le condensateur de 220uF en bleu dans le tableau tracer le graphe t f R En d duire la valeur de C220 exp PT Pour les quatre mesures avec la r sistance de 200kQ en rouge dans le tableau tracer le graphe t f C en prenant pour C la capacit exp rimentale d termin e pr c demment zan Reporter les valeurs th oriques de t sur les deux graphes zan Les valeurs th oriques et exp rimentales sont elles en accord Si non discuter des causes potentielles de ces d saccords Essayer d introduire une correction aux r sultats ou d effectuer un calcul d erreur permettant de justifier les diff rences entre les r sultats th oriques et exp rimentaux Guide de travaux pratiques d lectricit dition 2012 2013 Page 20 Annexes A1 CAPACIM TRE Le capacim tre est un appareil lectronique permettant de mesurer directement les capacit s Avertissement il faut toujours d charger le condensateur avant la mesure 1 Pour la mesure de capacit s de moins de 200nF l usage du bouton lt lt 0 ADJ gt gt permet de soustraire la BK PRECISION 810C gt capacit parasite 2 Pl
6. pas modifi e lors de la mesure C UF V Volt Qth orique Qexp rimental Capacit totale 5 0 68 5 1 5 2 5 Placer en s rie les condensateurs de 0 68 uF 1 uF et 2 uF charger le syst me form sous une tension de 5 V mesurer la charge totale sur l ensemble des trois condensateurs ainsi que la charge sur chacun d entre eux amp mportant pour mesurer la charge et la tension sur chaque condensateur il faut apr s avoir mesur la charge totale d charger chaque condensateur recharger l association et d connecter les condensateurs de mani re ce que la charge accumul e ne soit pas modifi e lors de la mesure Guide de travaux pratiques d lectricit dition 2012 2013 Page 7 Universit catholique de Louvain gS VNIVERSi Tay GEB ei Ad Sas C uF Vih orique Qth orique Qexp rimental Capacit totale 5V 0 68 1 2 Traitement des donn es et conclusion nd A l aide du travail pr liminaire et des mesures effectu es compl ter les tableaux ci dessus sans oublier d indiquer les erreurs sur les mesures exp rimentales Lu Indiquer le cas ch ant les raisons du d saccord entre les valeurs th oriques et exp rimentales Guide de travaux pratiques d lectricit dition 2012 2013 Page 8 Universit catholique de Louvain o NNIVERSI y Pia Deuxi me s ance Courant lectrique et r sistance
7. pratiques d lectricit dition 2012 2013 Page 25 Universit catholique de Louvain p NNIVERSI Ty ss A4 Code des couleurs et r sistances La plupart des r sistances ont la valeur indiqu e en ohm sous forme de bandes color es fournissant 2 chiffres significatifs l ordre de grandeur et la tol rance 1 chiffre 2 chiffre Nombre de tol rance significatif significatif z ros apr s le 2 chiffre Pour les 3 premi res bandes chaque couleur correspond un nombre compris entre 0 et 9 conform ment au tableau suivant Noir O Vert 5 Brun 1 Bleu 6 Rouge 2 Violet 7 Orange 3 Gris 8 Jaune 4 Blanc 9 La tol rance est la limite de pr cision garantie par le constructeur Elle est indiqu e en pour cent de la valeur maximale par les deux couleurs suivantes Or 5 Argent 10 Exemple une r sistance dont les bandes de couleur sont successivement jaune violet rouge et or vaut 4700 Q 5 Guide de travaux pratiques d lectricit dition 2012 2013 Page 26
8. source de tension V Protocole exp rimental et r sultats des mesures Mat riel n cessaire Un Coulombm tre et son alimentation Condensateurs de 0 68 uF 1 uF et 2 uF Une alimentation 0 30 V continue Un bornier 1 c ble coaxial BNC m le fiches bananes 1 c ble coaxial BNC femelle fiches bananes D marche exp rimentale Guide de travaux pratiques d lectricit dition 2012 2013 Page 6 Univ rsit catholique de Louvain Charger un condensateur de 0 68 uF sous les tensions indiqu es dans le tableau suivant au moyen d une alimentation 0 30 V continue voir fiche technique en annexe A2 et mesurer la charge accumul e au moyen du Coulombm tre voir fiche technique en annexe A3 C HF V Volt Qth orique Qexp rimental 0 68 2 0 68 4 0 68 6 0 68 8 amp Charger les condensateurs de 0 68 uF 1 uF et 2 UF sous une tension de 5V et mesurer la charge accumul e C UF V Volt Qth orique Qexp rimental 0 68 5 1 5 2 5 amp Placer en parall le les condensateurs de 0 68 uF 1 uF et 2 uF charger le syst me form sous une tension de 5 V mesurer la charge totale sur l ensemble des trois condensateurs ainsi que la charge sur chacun d entre eux Important pour mesurer la charge sur chaque condensateur il faut recharger l association et d connecter les condensateurs de mani re ce que la charge accumul e ne soit
9. Guide de travaux pratiques d lectricit dition 2012 2013 Page 16 gt gS NNIVERS Iy Present KN Univ rsit catholique de Louvain EA 2 Des cordons de branchement DC Un galvanom tre de r sistance interne 1 16kQ et de courant maximum 50A x R sistances de 100 et 55Q 2 lt Un chronom tre D marche exp rimentale pour le circuit de charge DC En premier lieu r aliser l amp rem tre artisanal partir du travail pr liminaire et de la m thode vus lors de la s ance 3 DT R aliser le circuit cf sch ma ci apr s en prenant garde la polarit des condensateurs lectrolytiques la borne positive de la source de tension doit toujours tre connect e la borne du condensateur ss Y ins rer l amp rem tre con u l tape 1 du protocole exp rimental choisir un calibre pour l amp rem tre et pr parer l chelle de lecture des valeurs du courant sur l afficheur aiguille FEE Supprimer le court circuit et mesurer la valeur du courant toutes les 5 secondes jusqu 3 fois la constante de temps du circuit Tenir compte de l chelle de mesure utilis e pour indiquer l erreur sur la mesure du courant 2 R it rer la mesure pour le condensateur de 100 uF Vo 5V court circuit R 100kQ D marche exp rimentale pour le circuit de d charge Les R aliser le circuit suivant Guide de travaux pratiques d lectricit dition 2012 2013 Page 17
10. Loi d Ohm OBJET DU LABORATOIRE Cette s ance est consacr e dans une premi re partie la v rification de la loi d Ohm pour diff rentes combinaisons de r sistances La m thode utilis e consiste mesurer la fois la tension diff rence de potentiel aux bornes d une r sistance et l intensit du courant qui la traverse Dans un deuxi me temps on tudiera l application de cette loi un circuit tr s r pandu en lectricit le pont diviseur de tension EXP RIENCE 1 VERIFICATION DE LA LOI D OHM Travail pr liminaire Calculer les valeurs th oriques de l intensit du courant dans les diff rentes r sistances et combinaisons de r sistances propos es ci dessous ainsi que les r sistances quivalentes des diff rentes combinaisons Protocole exp rimental et r sultats des mesures Mat riel n cessaire m Un multim tre digital m R sistances de 1 kQ 1 5 kQ 2 2 kQ et 2 7 KQ Un bornier m 5 cordons de branchement m 6 petits cordons de branchement ww une alimentation 0 30 V continue D marche exp rimentale m Dans les diff rents montages les valeurs demand es des r sistances sont d termin es au moyen du code de couleur voir annexe A4 m Pr parer le montage suivant avec lequel on peut mesurer le courant qui traverse une combinaison de r sistance not e Req l aide du multim tre digital sur la position amp rem tr
11. acez le commutateur sur la gamme d sir e pe 3 N appliquez jamais une tension externe aux 20pF 1 z 2009F yil bornes d entr e du capacim tre car des dommages n a z 2000 pourraient en r sulter uF 20 mF A o sja 4 Pour l utilisation de condensateurs lectrolytiques respectez la polarit des bornes d entr e CAPACITANCE METER 5 Reliez les extr mit s du condensateur aux bornes d entr e 6 Lisez la capacit directement sur l affichage DISCHARGE CAPACITOR BEFORE CONNECTING Guide de travaux pratiques d lectricit dition 2012 2013 Page 21 Univ rsit catholique de Louvain sVNIVERS Ie 3 Pea set A2 ALIMENTATION 0 20 VDC L alimentation d livre entre ses bornes et une diff rence de potentiel Vo positive et continue DC qui peut tre r gl e l aide du potentiom tre une valeur comprise entre 0 et 30 Volts Cette alimentation est limit e en courant D s que le courant d passe la valeur limite la tension de la source diminue Pour viter cette diminution il est conseill de placer la limite en courant sa valeur maximale Q a AN a ernai O 200 0 VOLTAGE 1 Marche Arr t 2 R glage de l intensit de sortie 3 Borne 4 Borne 5 Indicateur de tension 6 LED Indication de tension constante 7 LED Indication de courant constant 8 Indicateur de co
12. e Amp rem tre Alimentation Guide de travaux pratiques d lectricit dition 2012 2013 Page 9 Universit catholique de Louvain m Prendre pour Ra 2 3 et 4 r sistances en s rie Mesurer la r sistance quivalente hors circuit l aide du multim tre digital sur la position onmm tre Ins rer ces combinaisons de r sistances dans le circuit et mesurer l intensit du courant qui les traverse lorsque l on applique leurs bornes une diff rence de potentiel de 20 V et compl ter le tableau suivant en indiquant les erreurs exp rimentales R sistances R quivalente R quivalente lih I Np en s rie th orique exp rimentale V volt A A kQ kQ kQ 1 amp 1 5 20 1 1 5 amp 2 2 20 1 1 5 2 2 amp 2 7 n m Placer 2 3 et 4 r sistances en parall le et mesurer la r sistance quivalente hors circuit l aide du multim tre digital sur la position ohmm tre m Ins rer ces combinaisons de r sistances dans le circuit mesurer l intensit du courant qui les traverse lorsque l on applique leurs bornes une diff rence de potentiel de 20 V et compl ter le tableau suivant en indiquant les erreurs exp rimentales R sistances en R quivalente R quivalente lih I m i th orique exp rimentale V volt P dos parall le Fa j ko A A kQ 1 amp 1 5 20 1 1 5 amp 2 2 20 1 1 5 2 2 amp 2
13. e proc der un nouvel talonnage Si l cran affiche des signes incoh rents d brancher et rebrancher l appareil Face arri re Elle se compose de trois connecteurs Le plus petit 5 droite sur la photo de forme circulaire est utilis pour brancher le transformateur d alimentation Le coulombm tre ne poss dant pas d interrupteur il est n cessaire de d brancher l appareil pour l teindre Les deux autres sont utilis s pour le contr le 7 et le branchement de la sonde du teslam tre 6 Guide de travaux pratiques d lectricit dition 2012 2013 Page 24 Univ rsit catholique de Louvain sVNIVERS Ie S Il y a galement une borne de terre 8 qu il est indispensable de relier la borne de terre situ e sur le rail de distribution d lectricit 2 Utilisation comme coulombm tre pour la mesure des charges accumul es sur un condensateur e Brancher le transformateur d alimentation l appareil Placer le commutateur 3 sur Cb mesure de charge e Brancher le c ble de mesure au connecteur entourage blanc le plus gauche et talonner l appareil pousser bri vement le commutateur 4 vers la gauche e Relier chaque extr mit de ce c ble aux bornes du condensateur dont on souhaite mesurer la charge e Lire la valeur de cette charge l cran quand la lecture est stabilis e 0 e Pour recommencer une autre mesure ne pas oublier de remettre z ro reset Guide de travaux
14. e utilis e en fonction de RG l max t Imax Dessiner le circuit lectrique correspondant ce montage m Expliquer ce qui doit tre modifi pratiquement dans la solution propos e afin de changer le calibre de l amp rem tre fabriqu autrement dit de changer la valeur de Imax Protocole exp rimental et r sultats des mesures Mat riel n cessaire d Un galvanom tre de r sistance interne 1600 ou 3000 et de courant maximal 50mA Guide de travaux pratiques d lectricit dition 2012 2013 Page 13 Universit catholique de Louvain m Des r sistances de 550 1000 1600 4400 et 10000 m 6 cordons de branchement m Un multim tre digital m Une alimentation 0 30 V continue D marche exp rimentale m A partir du travail pr liminaire et du galvanom tre votre disposition constituer un amp rem tre de calibres Imax 50mA 100mA et 200mA Pour changer de calibre on changera simplement les connexions des cordons de branchement lt Pour chaque calibre de l amp rem tre r alis le tester en utilisant la m thode suivante A l aide de l alimentation et d une r sistance c bler un circuit l mentaire dans lequel circule un courant gal au calibre consid r Diminuer avec le bouton de r glage la tension aux bornes du circuit afin d obtenir un courant nul Ins rer l amp rem tre artisanal et le multim tre digital en mode amp rem tre au circuit _R augmenter progre
15. et d autre de ces connecteurs sont pr cis es les unit s des diff rentes mesures selon l utilisation en coulombm tre ou en voltm tre ainsi que la r sistance interne correspondante Commutateurs e Commutateur Cb V 3 il permet de changer la fonction de l appareil coulombm tre Cb voltm tre V Attention toutefois selon la mani re dont t fait l talonnage cette mesure peut ne pas tre absolue voir ci dessous e Commutateur Etalonnage Reset comme son nom l indique il est utilis pour l talonnage ou la remise z ro de l appareil Attention l talonnage se fait par rapport au signal pr sent sur les connecteurs Pour avoir une mesure absolue il est n cessaire de r aliser l talonnage en branchant les c bles utilis s pour la mesure sur les connecteurs On ne tient pas compte ainsi des charges ou tensions qui pourraient ventuellement tre pr sentes dans les c bles La remise z ro remet l appareil dans l tat d fini par le dernier talonnage L cran L cran sur lequel on lit la mesure comporte deux lignes Dans le cas de l utilisation en coulombm tre la premi re ligne correspond la mesure de la charge et la seconde not e la diff rence entre deux points d int gration successifs Pour que la mesure soit correcte la lecture doit se stabiliser au bout d un certain temps quelques secondes tend alors vers 0 Si ce n est pas le cas et que la mesure s affole il est n cessaire d
16. i me s ance R alisation d un amp rem tre et d un voltm tre artisanal OBJET DU LABORATOIRE Durant cette s ance on se propose d utiliser les connaissances acquises au cours des s ances pr c dentes sur le courant lectrique et la loi d Ohm afin de r aliser pratiquement un amp rem tre et un voltm tre artisanal La m thode employ e sera reproduite lors de la s ance finale afin de mesurer le courant ou la tension lors de la charge ou d charge d un condensateur EXP RIENCE 1 REALISATION D UN AMPEREMETRE ARTISANAL Travail pr liminaire Pour fabriquer un amp rem tre on utilisera un galvanom tre cadre mobile Ce galvanom tre est constitu d une aiguille pos e sur pivot install e sur un cran d affichage gradu et d une r sistance interne Lorsque l appareil est parcouru par un courant donn l aiguille est d vi e et indique la valeur de ce courant Par construction ce galvanom tre a donc une r sistance interne de valeur fixe et tol re un courant maximum au del duquel il peut se d grader Etant donn le courant l max qui peut traverser le galvanom tre et sa r sistance interne Re d terminer comment construire un amp rem tre partir de ce galvanom tre et d une ou plusieurs r sistance s Cet amp rem tre doit pouvoir mesurer des valeurs de courants de 0 Imax On expliquera comment et pourquoi on utilise ces composants et on donnera la valeur de la r sistanc
17. protocole chaque mesure effectu e doit tre accompagn e d une erreur absolue en pr cisant s il s agit d une erreur due la pr cision de l appareillage ou provenant d une moyenne sur plusieurs mesures Dans ce dernier cas le nombre de mesures doit tre pr cis Guide de travaux pratiques d lectricit dition 2012 2013 Page 2 Ci oran 535 6 Univ rsit catholique de Louvain sVNIVERS Ie E G p 3 Traitement des donn es Dans le syllabus pour chaque laboratoire la partie intitul e traitement des donn es est un guide pour vous permettre de r diger votre rapport En r pondant aux questions pos es vous arriverez d terminer les grandeurs physiques recherch es ou tablir un graphique qui constitue le r sultat de la manipulation Dans ce dernier cas chaque mesure doit tre accompagn e de son intervalle d erreur et les unit s doivent tre clairement indiqu es 4 Conclusion A partir du travail pr liminaire vous disposez d un quivalent th orique votre r sultat exp rimental Votre conclusion doit porter sur l in ad quation th orie exp rience que vous commentez en cherchant ventuellement un moyen de corriger les r sultats A viter absolument toute conclusion de la forme le d saccord th orie exp rience est d la mauvaise pr cision sur les mesures puisqu il va de soi que la comparaison th orie exp rience doit tre effect
18. r zan A partir du m me galvanom tre qu l exp rience pr c dente d terminer les r sistances n cessaires afin de r aliser un amp rem tre de calibres 2 5V 10V et 30V Protocole exp rimental et r sultats des mesures Mat riel n cessaire x Le mat riel pr c dent K R sistances de 100kQ 200kQ et 300kQ D marche exp rimentale Pour toutes les associations de condensateurs et de r sistances consid r es par la suite le montage r aliser est le suivant Vo 10V C2 R quivalent quivalent DT R aliser le voltm tre artisanal partir du travail pr liminaire et de la m thode vus lors de la s ance 3 L ins rer au circuit ci dessus et pr parer l chelle de lecture de la tension en fonction du calibre choisi pour la mesure PT Lorsque C quivalent St un condensateur de 220 uF le charger sous une tension de 10 V et mesurer le temps T d fini plus haut lors de sa d charge travers une r sistance R quivatent 100 kQ PT Recommencer les m mes op rations pour diff rents C quivalent t R quivalent toutes les combinaisons demand es tant r sum es dans le tableau suivant C quivalent R quivalent Tmesur ATmesur Tth orique Texp ATexp 220 uF 100 kQ 220 uF 100k 2 et 200kQ en s rie 220 uF 100kQ et 200kQ en 220 uF 200 kQ 100 uF 200 kQ 100 uF et 220 uF en s rie 200 kQ 100 uF et 220 uF en 200 kQ
19. r travers une r sistance Tous ces travaux se r aliseront en groupe de deux ou trois tudiants Du point de vue pratique les tudiants r aliseront ce travail en grande autonomie L assistant encadrant les s ances d di es la r alisation de ce travail aura videmment pour r le de contr ler l avancement des diff rents groupes et de les aider afin qu ils progressent normalement au fil des s ances mais les tudiants devront avoir un esprit particuli rement critique sur leurs propres r sultats Ce projet se conclura par la r daction d un rapport qui reprendra les r sultats th oriques et num riques des deux derni res s ances Ce rapport de projet sera la base de l valuation de la partie lectricit des laboratoires du cours PHY1113C E Une valuation compl mentaire individuelle bas e sur des tests d entr e lors de chaque s ance et d ventuellement une br ve interrogation orale lors du dernier laboratoire aura galement lieu Un rapport de laboratoire se construit g n ralement en suivant les questions pos es dans les nonc s des laboratoires de la mani re suivante 1 Pr sentation succincte du but de la manipulation l aide du travail pr liminaire et d un sch ma clair du protocole exp rimental 2 Manipulation a Pour chaque mesure effectu e expliquez bri vement le protocole appareil utilis et pr cautions exp rimentales b M me si cela n est pas stipul clairement dans le
20. r exacte de sa capacit L autre partie est consacr e la mesure de la constante de temps de diff rents circuits compos s de combinaisons vari es de r sistances et de condensateurs EXP RIENCE 1 MESURE DU COURANT DE CHARGE ET DE DECHARGE D UN CONDENSATEUR Travail pr liminaire TC Tracer sur du papier semi logarithmique le graphique du courant en fonction du temps pour la charge et la d charge d un condensateur de 220 uF et d un condensateur de 100 uF travers une r sistance de 100 kQ lorsque la tension de la source est de 5 V l chelle de temps doit s tendre jusqu 3 fois la constante de temps du circuit PE Lors de la d marche exp rimentale suivante on cherche mesurer le courant dans le circuit l aide d un amp rem tre artisanal Expliquer pourquoi il n est pas possible d effectuer ces mesures en r utilisant exactement le m me amp rem tre qu la s ance 3 On fera appel des notions de r sistances internes et d intensit du courant zas Par cons quent un nouveau galvanom tre de r sistance interne 1 16kQ et de courant maximum SOA sera utilis D terminer les r sistances n cessaires afin de r aliser un amp rem tre de calibres 50A 1mA et 10mA Protocole exp rimental et r sultats des mesures Mat riel n cessaire x Une alimentation 0 30 V continue Zan Une r sistance de 100 kQ xL 2 condensateurs lectrolytiques de 100 uF et 220 uF zas Un bornier
21. rogressivement la tension d livr e par l alimentation et pour des valeurs allant de O Vmax tous les 2V indiqu s sur le voltm tre digital relever la valeur indiqu e par le voltm tre artisanal Noter cette valeur en adaptant l chelle sur l afficheur aiguille du galvanom tre Traitement des donn es et conclusion lt Pour chaque calibre test tracer le graphe Vv fabriqu f Vv_digitai m Analyser les graphes et conclure sur la pr cision du voltm tre fabriqu On discutera notamment sur la valeur exacte attendue pour Vmax en fonction de la valeur exacte de la r sistance utilis e pour construire le voltm tre et on en donnera l erreur absolue AVmax pour chaque calibre On comparera galement cette erreur celle apparente sur les graphes Guide de travaux pratiques d lectricit dition 2012 2013 Page 15 Ci E srgnan i p35 6 Univ rsit catholique de Louvain sVNIVERS Ie G pA Quatri me s ance Charge et d charge d un condensateur OBJET DU LABORATOIRE Cette derni re s ance est consacr e l tude de la charge et de la d charge d un condensateur travers une r sistance donn e l aide d instruments de mesure con us de la m me mani re qu la s ance 3 La premi re partie consiste mesurer en fonction du temps le courant de charge et de d charge d un condensateur travers une r sistance connue et d terminer ainsi la valeu
22. ssivement la tension d livr e par l alimentation et pour le courant dans le circuit allant de 0 Imax tous les 10mA indiqu s sur lamp rem tre digital relever la valeur indiqu e par l amp rem tre artisanal Noter cette valeur en adaptant l chelle sur l afficheur aiguille du galvanom tre Traitement des donn es et conclusion J Pour chaque calibre test tracer le graphe la fabriqu f lA_digitai S analyser les graphes et conclure sur la pr cision de l amp rem tre fabriqu On discutera notamment sur la valeur exacte attendue pour Imax en fonction de la valeur exacte de la r sistance utilis e pour construire l amp rem tre et on en donnera l erreur absolue Almax pour chaque calibre On comparera galement cette erreur celle apparente sur les graphes EXP RIENCE 2 REALISATION D UN VOLTMETRE ARTISANAL Travail pr liminaire Pour fabriquer un voltm tre on utilise le m me galvanom tre cadre mobile qu l exp rience pr c dente m Etant donn le courant le courant lemax qui peut traverser le galvanom tre et sa r sistance interne Re d terminer comment construire un voltm tre partir de ce galvanom tre et d une ou plusieurs r sistance s Ce voltm tre doit pouvoir mesurer des valeurs de tensions de 0 Vmax On expliquera comment et pourquoi Guide de travaux pratiques d lectricit dition 2012 2013 Page 14 Universit catholique de Louvain sVNIVERS Ie i
23. stant v rifier la loi Q CV pour diff rentes associations de condensateurs en mesurant les charges d pos es sur ces condensateurs EXP RIENCE 1 DETERMINATION DE LA CONSTANTE DIELECTRIQUE DU PLEXIGLAS PAR LA MESURE DE LA CAPACITE D UN CONDENSATEUR PLAN Travail pr liminaire Calculer la capacit d un condensateur plan constitu de deux plaques m talliques carr es de 15 cm de c t situ es une distance de 5 mm l une de l autre Protocole exp rimental et r sultats des mesures Mat riel n cessaire Un condensateur plan 2 lectrodes carr es de 15 cm de c t Plaques de plexiglas de 1 2 5 et 10 mm d paisseur 2 cordons de branchement Un capacim tre D marche exp rimentale amp Calibrer le capacim tre zero une fois les cordons de branchement connect s l appareil de mesure sans condensateur amp Mesurer la capacit d un condensateur plan au moyen du capacim tre voir annexe A1 pour le mode d emploi du capacim tre amp Former un condensateur avec 2 lectrodes carr es et une plaque de plexiglas de 5 mm d paisseur et mesurer sa capacit Refaire la mesure pr c dente pour des paisseurs de plexiglas allant jusqu 15 mm par pas de 1 mm Traitement des donn es et conclusion Les Etablir l erreur sur la mesure des capacit s LR Calculer la permittivit de l air a et l erreur absolue Ag comparer celle du vide o Guide de trava
24. tances que celles disponibles lors de l exp rience pr c dente Protocole exp rimental et r sultats des mesures Mat riel n cessaire m Un multim tre digital m R sistances de 1 kQ 1 5 kQ 2 2 kQ et 2 7 kQ m Un bornier 4 cordons de branchement m 2 petits cordons de branchement m une alimentation 0 30 V continue D marche exp rimentale Guide de travaux pratiques d lectricit dition 2012 2013 Page 11 Universit catholique de Louvain m s H i a gs VNIVERSI7 SISNA m R aliser le montage tudi pr c demment en y incluant les associations de r sistances choisies dans le travail pr liminaire pour R2 et R et en ayant galement contr l la valeur de chacune des r sistances avec le multim tre digital en mode ohmm tre Calculer les diff rences de potentiel th oriques exactes attendues pour AV et AV avec les r sistances choisies m Mesurer toutes les diff rences de potentiel l aide du multim tre en mode voltm tre Traitement des donn es et conclusion Comparer les tensions th oriques et exp rimentales Conclure simplement sur la r ussite de lexp rience en donnant les erreurs relatives et absolues sur ces tensions Guide de travaux pratiques d lectricit dition 2012 2013 Page 12 Ci oran Universit catholique de Louvain sVNIVERS Ie LS G pA Trois
25. u e compte tenu des intervalles d erreur La partie conclusion du protocole comporte des questions vous permettant de r diger cette conclusion Nous esp rons que les tudiants profiteront des s ances de travaux pratiques pour nouer un v ritable dialogue avec leur assistant e de fa on ce qu il elle puisse leur apporter une aide r ellement efficace Nous remercions toutes les personnes ayant contribu la r alisation de ce support de laboratoire L quipe r dactrice de ce syllabus de laboratoire Guide de travaux pratiques d lectricit dition 2012 2013 Page 3 Se Univ rsit catholique A de Louvain E M oi Table des mati res INTRODUCTION 2 TABLE DES MATI RES 4 PREMI RE S ANCE CONDENSATEURS 5 DEUXI ME S ANCE COURANT LECTRIQUE ET R SISTANCE LOI D OHM 9 TROISI ME S ANCE R ALISATION D UN AMP REM TRE ET D UN VOLTM TRE ARTISANAL 13 QUATRI ME S ANCE CHARGE ET D CHARGE D UN CONDENSATEUR 16 ANNEXES 21 Guide de travaux pratiques d lectricit dition 2012 2013 Page 4 Ci E srgnan i Univ rsit catholique de Louvain sVNIVERS Ie g sal Va E Premi re s ance Condensateurs OBJET DU LABORATOIRE Cette s ance concerne l tude de la capacit lectrique de diff rents types de condensateurs La premi re partie est consacr e la mesure de la capacit d un condensateur plan avec ou sans di lectrique l autre partie consi
26. urant 9 r glage de tension de sortie 10 borne de terre 11 r glage fin de tension de sortie Guide de travaux pratiques d lectricit dition 2012 2013 Page 22 A3 COULOMBM TRE Le coulombm tre est un appareil destin principalement la mesure de charges lectriques Par exemple e mesure des charges accumul es sur un condensateur ou un ensemble de condensateurs e mesure des charges induites par exemple en approchant un aimant d une boucle de fil Il peut galement tre utilis en voltm tre et coupl avec une sonde de Hall de teslam tre Le principe de la mesure est l int gration d un courant au cours du temps FACE AVANT FACE ARRIERE 1 Description Face avant Connecteurs Guide de travaux pratiques d lectricit dition 2012 2013 Page 23 S Univ rsit catholique de Louvain DETTES NNIVERS ss ras Fz zil Ve La face avant comporte 2 connecteurs Attention lors des branchements ces derniers sont tr s fragiles Selon la mesure effectuer nous nous servirons de l une ou l autre de ces entr es e La premi re 1 entourage blanc gauche surmont e d un pictogramme repr sentant un condensateur sera utilis e lors de la mesure des charges accumul es sur un condensateur e La seconde 2 entourage noir droite surmont e d un pictogramme repr sentant un transformateur sert la mesure des charges induites De part
27. ux pratiques d lectricit dition 2012 2013 Page 5 Univ rsit catholique de Louvain caw Pour un condensateur avec di lectrique donner la formule litt rale de la constante di lectrique K en fonction de la distance d entre les plaques et la surface S des lectrodes caw A partir des mesures de capacit s calculer la constante di lectrique K pour chaque distance du plexiglas et regrouper l ensemble de vos valeurs dans un tableau analogue au suivant d Cmesur Kr AK o dest la distance entre les plaques et Cmesur est la capacit mesur e du condensateur NB indiquer l unit de mesure utilis e pour chaque quantit caw Tracer la courbe de Ken fonction de d en prenant soin d indiquer les intervalles d erreur sur votre graphe aze Quel comportement obtient on Est ce compatible avec le comportement th orique Que devrait on obtenir dans ce cas cce En utilisant uniquement les points exp rimentaux en accord avec le comportement th orique calculer la valeur moyenne de la constante di lectrique du plexiglas EXP RIENCE 2 VERIFICATION DE LA LOI Q CV Travail pr liminaire Calculer les valeurs th oriques de la charge sur les diff rents condensateurs et associations de condensateurs propos s ci dessous en rappelant les formules th oriques utilis es dans chaque cas Repr senter le sch ma th orique de chaque association aux bornes de laquelle est connect e une
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