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Résistances équivalentes, explications.

Posté par
LeBleu
11-03-14 à 12:30

Bonjour,

Il y a quelque chose que je ne comprends pas et que j'aimerais que vous m'expliquiez. Dans l'exercice 3 à la question b sur ce document pdf

Résistances équivalentes, explications.

, il est dit, dans la correction un peu plus bas dans le document, que pour le calcul de U, R2 n'est pas compté dans le calcul. On trouve donc U = E*R3/(R1+R3). Dites moi si je me trompe : la résistance R2 ne compte pas car elle est en dérivation donc n'influe pas sur la tension U.

Maintenant si je prends le schéma électronique simple suivant : un générateur de courant idéal relié à quatre résistances en tout. Deux en série sur la branche principale (que l'on nommera R1 et R2) et deux autres en série mais dérivées par rapport à R2 (que l'on nommera R3 et R4).

Si on cherche à calculer la tension U(R2), il faudra cette fois-ci prendre en compte les résistances R3 et R4 alors qu'elles sont dérivées de R2... On aura donc : U(R2) = E* (R3+R4//R2)/((R3+R4//R2)+R1). Comment se fait-il que l'on prenne maintenant en compte ces deux résistances ?

Mon hypothèse : dans le cas précédent, il y avait une résistance en dérivation, là il y en a deux en série. De plus, elle ne sont pas dérivées sur R1 et R2 mais que sur R2. Après, pourquoi dans le deuxième cas ça influe, je ne sais pas. C'est pourquoi je suis là.

Je vous remercie pour votre attention, de même si vous prenez le temps de m'aider.

Edit Coll : image placée sur le serveur de l' Merci d'en faire autant la prochaine fois !     

Posté par
sanantonio312
re : Résistances équivalentes, explications. 11-03-14 à 17:41

Bonjour,
Tu ne te trompes pas pour ton premier calcul.
Dans ton second exemple, tu devras prendre en compte les autres résistances car le courant I du générateur ideal va se partager entre elles.

Posté par
LeBleu
re : Résistances équivalentes, explications. 12-03-14 à 11:55

Je ne suis pas sûr de saisir. Dans mon premier exemple, il y avait un noeud donc le courant se partageait également dans R2, pourtant cette dernière n'influençait pas le calcul de U...

Pourriez-vous être plus précis s'il vous plaît ?

Posté par
sanantonio312
re : Résistances équivalentes, explications. 12-03-14 à 13:12

Il faut faire la différence entre générateur de tension et générateur de courant.
Le générateur de tension idéal impose une tension fixe à ses bornes.
Le générateur de courant impose une intensité fixe dans le circuit qu'il alimente.

Posté par
LeBleu
re : Résistances équivalentes, explications. 12-03-14 à 13:32

Désolé. Erreur de ma part. Je voulais parler d'un générateur de tension idéal... Pouvez-vous reconsidérer mon problème s'il vous plait ?

Posté par
sanantonio312
re : Résistances équivalentes, explications. 12-03-14 à 16:15

Dans ce cas, il faut effectivement prendre les résistances en  // sur R2 car elle ont une influence sur la tension aux bornes de R2.
Dans le premier cas, U était fixée par le générateur.

Posté par
LeBleu
re : Résistances équivalentes, explications. 12-03-14 à 18:07

"U était fixée par le générateur".

Je ne comprends pas. Mes difficultés viennent peut-être d'une mauvaise maîtrise du cours. Pouvez-vous me rappeler les règles de physique qui font que dans le premier cas, la résistance n'influence pas et dans le deuxième cas si ?

Je vous remercie pour votre suivi.

Posté par
LeDino
re : Résistances équivalentes, explications. 12-03-14 à 19:25

Citation :
Pouvez-vous me rappeler les règles de physique qui font que dans le premier cas, la résistance n'influence pas et dans le deuxième cas si ?

Explication déjà donnée...
Citation :
Le générateur de tension idéal impose une tension fixe à ses bornes.
Le générateur de courant impose une intensité fixe dans le circuit qu'il alimente.
Si la tension est fixe, c'est qu'elle n'est pas influencée.
Si le courant est fixe, c'est qu'il n'est pas influencé.

Ce ne sont pas des règles physiques, c'est du simple bon sens.

Posté par
LeBleu
re : Résistances équivalentes, explications. 12-03-14 à 19:34

Je dois mal m'exprimer. Ma question est : pourquoi les 2 résistances en parallèles de R2 dans le deuxième cas ont une influence ? On sait que la tension d'une branche dérivée est égale à celle de la principale. Je ne vois pas pourquoi les résistances R3 et R4 vont influencer la tension de U(R2) ? Pourquoi ne fait-on pas tout simplement U(R2)=E*R2/R2+R1 ?

On va y arriver !

Posté par
sanantonio312
re : Résistances équivalentes, explications. 13-03-14 à 07:24

La formule que tu utilises est celle du diviseur de tension.
Tu pars d'une tension fixe qui restera donc par définition égale a elle même quelque soient les branches qu'on mettra à ses bornes.
C'est très théorique car en réalité, le générateur n'est pas parfait.
Ensuite, dans une des branches, tu mets 2 résistances en série. La tension aux bornes de chacune répond à la formule du diviseur de tension.
Mais si aux bornes d'une des deux résistances, tu en mets d'autres en //, la tension que tu mesures à leurs bornes est Req×U/(R1+Req) avec Req=R2//R3//R4 (En reprenant ton exemple)

Posté par
LeBleu
re : Résistances équivalentes, explications. 13-03-14 à 11:19

J'entends. Je suis d'accord avec tout ce que vous venez de dire, je sais que ça doit être fait comme ça. Ce que je ne comprends toujours pas, c'est pourquoi il faut faire l'équivalence des résistances R2, R3 et R4. Qu'est-ce qui change si on compte ou non ces résistances R3 et R4 dans le calcul ? Je disais dans mon dernier commentaire que la tension aux bornes de R2 était la même que celle aux bornes de R3 et R4 comprise. Alors à quoi bon compter les résistances R3 et R4 dans le calcul ?
Mon hypothèse : c'est parce que le courant est séparé en deux lorsqu'il arrive sur R2 (une partie va à R2 et l'autre à R3 et R4) donc on ne peut pas faire comme si R3 et R4 ne comptait pas. La tension de R2 dépendra ainsi de R3 et R4. Ai-je raison ou je me plante complètement ?

Posté par
sanantonio312
re : Résistances équivalentes, explications. 13-03-14 à 15:19

Oui, tu as raison.
C'est une manière de le formuler.
Ça serait plus facile face à face avec un papier et un crayon...

Posté par
LeDino
re : Résistances équivalentes, explications. 13-03-14 à 18:36

Bonjour LeBleu,

Je ne comprends pas trop ton problème et tes formulations du genre "on ne compte pas car...".
J'ai l'impression que tu te fais des nœuds au cerveau parce que tu cherches des raccourcis ou des règles générales autres que les lois physiques de base.

Si tu appliques strictement les lois d'équilibre des tensions et de conservation du courant, tu auras toujours un résultat fiable.
Les raccourcis que tu peux prendre peuvent consister à calculer des résistances équivalentes quand tu identifies des schémas qui le permettent.

Imagine un montage 0 (équivalent à ton montage 1, sans R2) :
R1+R3 en série, aux bornes d'un générateur de tension E.
Tu cherches U(R3) en fonction de E qui est fixé (parce que générateur de tension).
C'est comme si tu branchais un appareil constitué de (R1+R3) sur une prise qui délivre quoi qu'il arrive une tension E fixée...

R_1.I + R_3.I = E  \implies  E = (R_1+R_3).I = R.I     (R = R_1+R_3  = Résistance équivalente)

\implies U = R_3.I = \dfrac {R_3}{R}.E     \implies \boxed {  U = \dfrac {R_3}{R_1+R_3}.E  }

Maintenant considère le montage 1 :
On place une résistance R2 aux bornes du générateur de tension, en parallèle de R1+R3.
Par rapport au montage 0, cela revient à brancher sur la même prise (donc en parallèle, comme avec une "prise multiple" si tu préfères...) un autre appareil de résistance R2.
Tu vois bien que quel que soit cet appareil et sa résistance, cela n'influence en rien la tension aux bornes de R1+R3 qui reste la même.

Et si tu appliques les calculs c'est ce que tu retrouves...

I = I_1 + I_2
R_1.I_1 + R_3.I_1 = E
R_1.I_1 + U = E
R_2.I_2 = E

La ligne (2) donne :  E/I_1 = R_1 + R_3 = R  \implies  I_1 = E/R

La ligne (3) donne :  U = E - R_1.I_1 = E - R1/R.E = R3/R.E   \implies \boxed {  U = \dfrac {R_3}{R_1+R_3}.E  }

Le fait d'avoir branché une résistance R2 en parallèle crée juste un sur-courant global qui permet d'alimenter R2, sans rien enlever au courant (I2) qui passe dans R1+R3.
Le courant I2 dans (R1+R3) du montage 1 est égal au courant I qui passait déjà dans (R1+R3) dans le montage 0.

Enfin montage 2 :
Tu branches sur un générateur de courant I :  (R_1) en série avec (R_2) // (R_3+R_4)

(R_2) // (R_3+R_4)  aura une résistance équivalente R' telle que :  \boxed {  \dfrac {1}{R'} = \dfrac {1}{R_2} + \dfrac {1}{R_3+R_4}  }

Et aux bornes de E, la résistance équivalente R de l'ensemble du circuit sera :

R = R_1 + R' = R_1 + \dfrac {R_2(R_3+R_4)}{R_2+R_3+R_4}

Au passage U = U(R2) :   \boxed {  U = R'.I  }   ... ne dépend nullement de R1, car I est fixe.
Si R1 augmente, le générateur augmentera la tension pour garantir I constant.


Entraîne toi juste à calculer les courants, tensions et résistances équivalentes dans différentes situations...
... et tu finiras par être familiarisé avec les notions.

Posté par
LeBleu
re : Résistances équivalentes, explications. 13-03-14 à 19:52

Bonjour ou bonsoir LeDino.

Tout d'abord, merci pour cette démarche pédagogique : partir des bases et utiliser des exemples assez concrets (branchement de prises) me semblait une bonne solution ici. Après calculs personnels, j'avais déjà réussi à me convaincre pour le montage 1. Une chose que je ne savais pas tout de même et qui est venue me conforter c'est ce que vous avez dit en remarque : "Le fait d'avoir branché une résistance R2 en parallèle crée juste un sur-courant global qui permet d'alimenter R2, sans rien enlever au courant (I2) qui passe dans R1+R3. Le courant I2 dans (R1+R3) du montage 1 est égal au courant I qui passait déjà dans (R1+R3) dans le montage 0."  

Rq: d'ailleurs je pense que vous vouliez dire "sans rien enlever au courant (I1)" et pas "(I2)" (I2, c'est celui qui passe dans R2 d'après ce que tu as écrit)

Bref, merci pour toute la première partie.

Pour ce qui est du montage 2, j'avais précisé que je m'étais trompé dans mon énoncé. Je voulais parler d'un générateur de tension idéal et non pas de courant idéal... C'est de ma faute. Il était tout de même intéressant d'avoir la réponse pour un générateur de courant idéal.

Pourriez-vous reprendre le problème avec un générateur de tension idéal afin que je puisse voir si j'ai bien tout compris, s'il vous plaît ? N'hésitez pas à prendre des cas concrets, j'ai bien aimé.

Posté par
LeDino
re : Résistances équivalentes, explications. 14-03-14 à 00:03

Citation :
Rq: d'ailleurs je pense que vous vouliez dire "sans rien enlever au courant (I1)" et pas "(I2)" (I2, c'est celui qui passe dans R2 d'après ce que tu as écrit)
Bien observé et tout à fait exact !

Citation :
Pourriez-vous reprendre le problème avec un générateur de tension
La première chose à comprendre c'est que le fait qu'on ait un générateur de tension plutôt qu'un générateur de courant...
... ne change strictement rien aux équations et donc aux formules.
Les lois restent inchangées, et donc on trouvera toujours la même résistance équivalente R.

Ce qui va changer, c'est qu'au lieu d'exprimer U en fonction de I :  U = R'.I
... on va plutôt chercher à calculer  U  en fonction de  E  qui est cette fois la grandeur fixée et connue.

Et comme on a  E = R.I,  on en déduit de suite :   \boxed {  I = \dfrac E R  }    et    \boxed {  U = \dfrac{R'}{R}.E  }

Rappel :  \boxed {  \dfrac {1}{R'} = \dfrac {1}{R_2} + \dfrac {1}{R_3+R_4}  }   ::   R2 + R3//R4        \boxed {  R = R_1 + R'  }   ::  R1 + R'

Cette fois-ci, E est fixé, et donc si la résistance R1 augmente, elle va absorber une partie de la tension E... et donc diminuer U.
De même, si R3 ou R4 augmente (ou les deux), alors toutes choses égales par ailleurs la résistance R' (qui correspond au circuit  R2//(R3+R4)...) va augmenter, ce qui va diminuer le courant d'ensemble I, donc diminuer la tension aux bornes de R1 et donc augmenter celle aux bornes du circuit (R') (puisque E est alors fixe).

Donc en résumé si on fige E, R1 et R2, l'augmentation de R3 ou R4 augmente la tension U au bornes de (R')...
... et c'est bien ce que dit la formule (R' ne dépend que de R2, R3 et R4) :

U = \dfrac{R'}{R}.E = \dfrac{R'}{R' + R_1}.E = \dfrac{1}{1 + R_1/R'}.E

Posté par
machidry
aide 14-03-14 à 09:46

je n'arive pa a comprendre l'explicatoin.

Posté par
LeBleu
re : Résistances équivalentes, explications. 14-03-14 à 10:11

Pour moi c'est ok. Je vous remercie tous les deux : sanantonio312 et LeDino. Vous avez su faire preuve de patience et de tact. Je n'en attendais pas moins sur ce genre de forum.

A bientôt.

Posté par
LeDino
re : Résistances équivalentes, explications. 14-03-14 à 10:25

Citation :
je n'arrive pas a comprendre l'explication.

Pour comprendre l'explication, il faut :

1. Avoir une représentation claire des 3 montages évoqués. Pour LeBleu ça ne pose pas de problème car l'exercice vient de lui et il a une bonne vision du sujet. Mais est-ce ton cas ?

2. Faire les calculs par soi même, intégralement, en partant des lois d'équilibre des tensions et de conservation du courant. As-tu refait ces calculs ? Si non, alors il faut les faire. Si oui : les comprends-tu ?

3. Observer les formules finales et s'interroger sur ce qui est fixe et sur ce qu'on compare.

Mais de toutes façons, il n'est pas complètement "anormal" de ne pas parfaitement comprendre l'explication, dans la mesure où les questions posées au départ par LeBleu sont un peu tendancieuses...

Mon conseil, machidry, c'est que tu refasses intégralement les trois exercices en partant d'un schéma clair. Et que tu dises sur quoi tu butes éventuellement.

A bientôt...



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