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Niveau quatrième
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Electricité protocole expérimental

Posté par
Romain31000
16-05-20 à 18:04

Voici la question :

Trois lampes ont été oubliées sur la paillasse. Alessandro doit les ranger mais leurs valeurs nominales ont été effacées. Il est certain d'avoir les lampes suivantes :
3,5 V - 100 mA
3,5 V - 300 mA
12 V - 100 mA

Alessandro dispose, en plus des trois lampes, d'un multimètre, de fils de connexion et d'une pile plate.
Explique, en proposant un protocole expérimental, comment doit procéder Alessandro pour identifier chaque lampe.

Je ne comprends pas s'il faut mettre les 3 ampoules dans le même circuit et si je peux régler le générateur déjà.

Merci

Posté par
hrnmaxime
re : Electricité protocole expérimental 17-05-20 à 09:25

Bonjour Romain,

Je t'invite tout d'abord à aller regarder ces cours sur les principes électriques fondamentales dans un circuit:

Intensité du courant électrique
La tension électrique dans un circuit

Que proposes-tu pour le protocole expérimental ?

Posté par
Romain31000
re : Electricité protocole expérimental 17-05-20 à 18:20

J'ai bien regardé les fiches et mon cours, je pense que je comprends assez bien. Mais je bloque sur l'exercice pour proposer un protocole, j'aimerais savoir déjà si je dois mettre les trois ampoules dans un même circuit en série ou en parallèles ou si je peux tester les ampoules tour a tour dans un circuit en remplaçant a chaque fois l'ampoule et si je peux régler la tension du générateur...Si je peux avoir les réponses à ces questions, ça me permettrait de démarrer et proposer un protocole (même si je n'ai jamais fait ce type d'exercice)….Encore merci

Posté par
gbm Webmaster
re : Electricité protocole expérimental 18-05-20 à 12:27

Bonjour à vous deux,

Ci-joint un extrait d'un livre qui peut également aider à se rappeler ce que signifie "tension nominale" et "intensité nominale" d'une lampe :

Elles sont imposées par le fabricant et la lampe aura un fonctionnement optimal si la pile lui délivre la bonne tension et la bonne intensité. Sinon la lampe est sous-éclairée ou sur-éclairée (et risque donc de s'user prématurément).

La première question à te poser est : quelle est la caractéristique de la pile fournie ?

Si c'est une pile plate, c'est probablement une pile qui délivre une tension de 4,5 V.

Tu vas donc pouvoir assez aisément faire la distinction entre les lampes à tension nominale 3V et celle à 12 V.

Ensuite, pour distinguer les deux lampes à 3V, il faudra se pencher sur l'intensité délivrée par la pile pour chacune d'elles.

Je te laisse réfléchir aux montages adéquats et je vous laisse poursuivre.

Bon appétit,

Posté par
Romain31000
re : Electricité protocole expérimental 18-05-20 à 17:55

Merci beaucoup
Donc je ferais un circuit en série avec comme générateur une pile de 4,5 V et les 3 lampes. après la seconde lampe un ampèremètre ainsi qu'après la deuxième lampe . La lampe qui ne s'allume pas est la 12 V (non ?) pour les deux autres je peux lire l'intensité sur l'ampèremètre s'il s'agit bien de l'intensité nominale de la lampe qui se trouve avant qui s'inscrit ? est-ce vrai aussi pour la lampe suivante ? En fait je n'utilise le multimètre qu'en fonction ampèremètre ce qui m'intrigue et est-ce que le multimètre est utile car si j'ai bien compris avec un générateur de 4,5 volt : la lampe 12 volt ne s'allume pas (facile ) et la 3,5 V avec 3 mA brille plus non ? Est-ce que ça marche comme ça ?  j'ai mis en schéma en pièce jointe.

Electricité protocole expérimental

Posté par
gbm Webmaster
re : Electricité protocole expérimental 18-05-20 à 18:21

En l'absence de hrnmaxime, quelques indications complémentaires :

Si tu mets en série tes 3 lampes comment pourras-tu les distinguer ?

En effet si on a
3,5 V - 100 mA
3,5 V - 300 mA
12 V - 100 mA

cela signifierait qu'il faudrait 3,5 + 3,5 + 12 = 19 V pour qu'elle s'allument correctement, quand tu as à ta disposition qu'une pile de 4,5 V !

La seule chose que tu constaterais avec un tel circuit c'est que les 3 lampes vont peu briller. Autant dire que tu ne vas pas réussir à les identifier aisément ...

Posté par
Romain31000
re : Electricité protocole expérimental 18-05-20 à 21:40

Ah oui merci, c'est l'intensité qui ne change pas dans un circuit en série. Je suppose que si je fais des circuit en parallèle une boucle pour chaque ampoule, la tension sera la même partout donc l'ampoule de 12 volts ne s'allumerait pas ?  et un ampèremètre après deux ampoules me donnerait l'intensité ? j'y crois pas trop .
Ou alors faut-il que je passe un seul circuit avec le même générateur 4,5 V,  en changeant l'ampoule a chaque fois ? un ampèremètre après l'ampoule me donnerait l'intensité et l'ampoule e 12 V ne brillerait pas ?
Je suis un peu perdu là. Dans ce que j'ai dit, il y a une piste ? je préciserai et je ferai le circuit. encore merci .

Posté par
hrnmaxime
re : Electricité protocole expérimental 18-05-20 à 22:26

Bonsoir Romain,

Je te laisse poursuivre avec Gbm car je ne voudrais pas t'induire en erreur sur l'électricité.

Il devrait te répondre dans peu de temps....

Bonne soirée,

Posté par
gbm Webmaster
re : Electricité protocole expérimental 19-05-20 à 08:24

Bonjour à vous deux,

@Romain : il faut se souvenir de deux propriétés de ton cours (tout est dans le bilan page 5/12 du lien fourni)

Notion de tension nominale d'une lampe = tension spécifiée par le fabricant pour que l'ampoule fonctionne correctement

Electricité protocole expérimental
(extrait du livre, à adapter à ton protocole expérimental)


J'allais donc te proposer de les tester individuellement mais ton idée de faire un circuit avec la pile et les trois lampes en dérivation de permet effectivement une tension identique pour chacune d'elle = celle délivrée par la pile (4,5 V).

Donc, en vérifiant éventuellement la tension délivrée par la pile via le multimètre en mode voltmètre (donc branché en dérivation de la pile), tu pourras vérifier la tension délivrée par la pile et donc aux bornes des 3 lampes.

Ensuite, une fois le circuit réalisé, tu vas donc constater :
- deux lampes qui vont briller plus que la normale => les deux lampes de 3 V sont en surtension car 4,5 V > 3 V
- la troisième lampe en revanche est en sous-tension (4,5 V < 12 V), elle va donc être très peu éclairée.

Bien évidemment, il ne faut pas maintenir un tel circuit trop longtemps car il y a un risque de destruction de récepteur en cas de surtension ...

Ensuite, comment distinguer les deux ampoules à 3 V ? Sur quel critère ?

Posté par
Romain31000
re : Electricité protocole expérimental 19-05-20 à 11:19

Merci à vous deux pour votre aide. Je n'oublie pas Maxime.
Pour ce qui est de ma proposition de circuit en parallèle je suis content que ce ne soit pas une idée idiote le but était de conserver une tension identique. Pour ce qui est de la distinction entre les deux lampes 3 V. Je suppose que celle de 300mA brillerait plus mais pas très significatif. Je pensais donc mettre un ampèremètre après la première ampoule qui me donnerait l'intensité de cette première ampoule ??? si c'est une 3 V la distinction est faite ??? Je mets un second ampèremètre après la seconde ampoule qui me donnerait l'intensité de la seconde mais là je ne sais pas trop si ça marche? est-ce que cette seconde ampoule prend son intensité nominale ou ce qui reste de l'intensité totale ??? Peut-être que je m'explique mal. J'ai mis la troisième ampoule mais finalement elle n'est pas nécessaire non ? car dans tous les cas on peut la connaitre par déduction non ? cela correspond au schéma 1.
Où alors ce à quoi j'avais pensé et que vous vouliez me proposer un circuit (schéma 2).
Je teste la première ampoule avec une tension de 3 Volt (je sais pas dans l'exercice on parle de générateur, pas forcément de pile, on doit pouvoir le régler sur 3 V non ?) et je mesure l'intensité avec l'ampèremètre que j'ai mis si la lampe ne s'allume pas alors c'était la 12 V . je teste ensuite la seconde qui devrait s'allumer correctement(' puisque la tension du générateur correspond a la tension nominale e l'ampoule) et l'ampèremètre placé après l'ampoule devrait me donner l'intensité qui correspondra à l'intensité nominale de l'ampoule. du coup là encore tester eux ampoules suffit pour la troisième par déduction. Par contre dans e cas ce que je ne comprends pas, c'est la raison pour laquelle on me propose deux multimètres??? j'ai mis le deuxième en voltmètre au générateur mais si je peux le régler, je devrais être sûre de la tension non ? et le mettre en dérivation au niveau de l'ampoule ne m'apportera  rien , la tension devrait être a même qu'au générateur...Ah ou alors au niveau de l'ampoule la tension est a tension nominale de l'ampoule ??? j'espère avoir avancé. Si vous pouvez continuer à m'éclairer un peu. Merci

Electricité protocole expérimental

Electricité protocole expérimental

Posté par
gbm Webmaster
re : Electricité protocole expérimental 19-05-20 à 14:18

Alors, mes commentaires sur ton raisonnement :

Citation :
Pour ce qui est de ma proposition de circuit en parallèle je suis content que ce ne soit pas une idée idiote le but était de conserver une tension identique --> effectivement, étant donné qu'on doit regarder ce premier critère d'identifications, ça peut faire gagner du temps que de les tester séparément. Mais on va voir ci-dessous que ça génère des contraintes de montage du circuit
Attention cependant à la durée de l'expérience pour ne pas détériorer les lampes.


Pour ce qui est de la distinction entre les deux lampes 3 V. Je suppose que celle de 300mA brillerait plus mais pas très significatif. Oui, d'après ton cours, le constructeur délivre une ampoule en précisant sa tension et son intensité nominales. On a vu plus haut ce qu'il en était pour la tension délivrée par la pile.
Donc si l'intensité du courant ne correspond par à celle requise par la lampe, soit elle sera sous-éclairée ou sur-éclairée.


Je pensais donc mettre un ampèremètre après la première ampoule qui me donnerait l'intensité de cette première ampoule ??? si c'est une 3 V la distinction est faite ???
Je mets un second ampèremètre après la seconde ampoule qui me donnerait l'intensité de la seconde mais là je ne sais pas trop si ça marche?
Idéalement, on a vu qu'il nous faut :
- le multimètre en mode voltmètre pour vérifier la tension délivrée par la pile => on peut le faire avant de monter le circuit ;
- le multimètre en mode ampèremètre pour mesure l'intensité du courant qui traverse chaque ampoule.
Le hic, c'est que l'énoncé semble demander qu'on fasse un protocole avec 1 seul multimètre.


est-ce que cette seconde ampoule prend son intensité nominale ou ce qui reste de l'intensité totale ??? Peut-être que je m'explique mal. J'ai mis la troisième ampoule mais finalement elle n'est pas nécessaire non ? car dans tous les cas on peut la connaitre par déduction non ? cela correspond au schéma 1.
On a vu que dans un circuit en dérivation, chaque ampoule aura la même tension à ses bornes (celle délivrée par la pile plate) => on peut donc connaître la tension délivrée par la pile en connectant le voltmètre à ses bornes avant se monter le circuit ;
Ensuite, une fois qu'on a monté le circuit électrique, on a vu que l'intensité lumineuse va nous permettre d'identifier aisément la lampe à 12 V (brille presque pas) avec les deux lampes à 3V (vont briller fortement).

On aura donc ensuite à distinguer les deux ampoules via une mesure d'une intensité du courant avec un ampèremètre


Où alors ce à quoi j'avais pensé et que vous vouliez me proposer un circuit (schéma 2).
Je teste la première ampoule avec une tension de 3 Volt (je sais pas dans l'exercice on parle de générateur, pas forcément de pile, on doit pouvoir le régler sur 3 V non ?)
Attention ! L'énoncé est très clair => pile plate (donc tension délivrée supposée fixée)

et je mesure l'intensité avec l'ampèremètre que j'ai mis si la lampe ne s'allume pas alors c'était la 12 V .
Elle devrait s'éclairer faiblement oui

je teste ensuite la seconde qui devrait s'allumer correctement(' puisque la tension du générateur correspond a la tension nominale e l'ampoule) --> attention, si pile plate, alors Upile = 4,5 V

donc si tension nominale lampe = 12 V > 4,5 V => intensité lumineuse faible
si tension nominale lampe = 3 V < 4,5 V => intensité lumineuse forte


et l'ampèremètre placé après l'ampoule devrait me donner l'intensité qui correspondra à l'intensité nominale de l'ampoule. du coup là encore tester eux ampoules suffit pour la troisième par déduction.

Par contre dans e cas ce que je ne comprends pas, c'est la raison pour laquelle on me propose deux multimètres??? Non l'énoncé évoque 1 seul multimètre d'où mon idée de tester la tension délivrée par la pile AVANT le montage du circuit, de manière à avoir le multimètre de disponible pour une mesure d'intensité du courant

j'ai mis le deuxième en voltmètre au générateur mais si je peux le régler, je devrais être sûre de la tension non ? et le mettre en dérivation au niveau de l'ampoule ne m'apportera rien , la tension devrait être a même qu'au générateur...Ah ou alors au niveau de l'ampoule la tension est a tension nominale de l'ampoule ??? j'espère avoir avancé. Si vous pouvez continuer à m'éclairer un peu. Merci
Lis ce que je t'ai écrit ci-dessus

Posté par
Romain31000
re : Electricité protocole expérimental 19-05-20 à 16:57

Je suis désolé, j'ai fait une erreur en copiant l'énoncé on me propose deux multimètres.
Est-ce que si je m'oriente vers un circuit en série avec voltmètre à la pile et teste de chaque ampoule successivement schéma 2, cela conviendrait ?
Si ampoule 12 volt ne brille que très faiblement ( tension nominale<tension pile)
Si ampoule 3 volt brille bien et lecture intensité sur l'ampèremètre (qui afficherait l'intensité nominale de l'ampoule ?)
Enfin je n'ai pas compris si dans mon circuit en parallèle le voltmètre me donne l(intensité nominale de l'ampoule) l'idée étant que puisque l'intensité totale à a pile est égale à la somme des intensités aux deux ampoules, l'intensité totale sera "insuffisante"...En écrivant, je m'aperçois que je ne connais pas l'intensité délivrée par la pile. Je me perds un peu là...En tous cas merci beaucoup. Je vais proposer le premier protocole, il e semble plus simple.

Posté par
gbm Webmaster
re : Electricité protocole expérimental 19-05-20 à 17:36

Romain31000 @ 19-05-2020 à 16:57

Je suis désolé, j'ai fait une erreur en copiant l'énoncé on me propose deux multimètres. Ok

Est-ce que si je m'oriente vers un circuit en série avec voltmètre à la pile et teste de chaque ampoule successivement schéma 2, cela conviendrait ?

Pourquoi ne pas aller de ton idée avec un circuit en dérivation ?

Quitte à proposer une alternative ensuite


Si ampoule 12 volt ne brille que très faiblement ( tension nominale<tension pile) oui !

Si ampoule 3 volt brille bien et lecture intensité sur l'ampèremètre (qui afficherait l'intensité nominale de l'ampoule ?)

Non, tu ne liras pas pas l'intensité nominale de la lampe puisqu'on ne lui délivre pas sa tension nominale.

En fait, on connait les caractéristiques de la pile et des lampes. Ainsi, suivant les branchement opérés on va définir ce qu'on appelle un point de fonctionnement (hors programme en quatrième, juste pour ta culture personnelle à date :


Enfin je n'ai pas compris si dans mon circuit en parallèle le voltmètre me donne l(intensité nominale de l'ampoule) attention, un voltmètre n'a jamais mesuré une intensité !

l'idée étant que puisque l'intensité totale à a pile est égale à la somme des intensités aux deux ampoules, l'intensité totale sera "insuffisante"...En écrivant, je m'aperçois que je ne connais pas l'intensité délivrée par la pile. Je me perds un peu là...

Il faut se souvenir de ton cours :

Si on ajoute une lampe en dérivation l'éclat des autres lampes n'est pas modifié (le fameux "point de fonctionnement" de la branche en dérivation considérée).

Plus généralement si l'on modifie le nombre de récepteurs branchés en dérivation l'intensité du courant reçu par les autres récepteurs ne change pas et leur fonctionnement reste donc le même.

En revanche, si on augmente le nombre de dipôles branchés en dérivation l'intensité du courant fournie par la pile augmente (loi d'additivité des intensités du courant dans un circuit en dérivation)

En fait il faut voir la pile comme une capacité (pour simplifier, un "réservoir d'électrons") que tu vas plus ou mois solliciter suivant le nombre de récepteurs mis en dérivation.


En tous cas merci beaucoup. Je vais proposer le premier protocole, il e semble plus simple.

C'est bien de se poser les bonnes questions

Posté par
Romain31000
re : Electricité protocole expérimental 19-05-20 à 18:49

Vraiment merci. Je vois mieux , je n'avais pas du tout vu la capacité de la pile a "répondre à la demande" niveau intensité. Je pense comprendre. Donc dans mon circuit en parallèle les deux ampèremètre me donneraient l'intensité nominale des deux ampoules ? ce serait génial.
Et si je comprends bien pour mon protocole 2 (schéma 2) il faudrait  que la pile lui délivre sa tension nominale. avec ce protocole, je distinguerai l'ampoule 12 volts (qui brillera peu) mais je ne différencierai pas les deux trois volts car je ne pourrait pas lire l'intensité nominale sur l'ampèremètre.
Je rame non ?
En tous cas merci.

Posté par
gbm Webmaster
re : Electricité protocole expérimental 19-05-20 à 19:20

Oui, c'est la loi d'additivité des intensités du courant, plus tu ajoutes de récepteurs, plus le générateur va devoir débiter du courant, les récepteurs déjà branchés ne voyant aucun changement.

Mais, encore une fois, tu ne verras pas l'intensité NOMINALE, puisque les lampes n'auront pas une tension NOMINALE mais celle délivrée par la pile.

Cependant, en se basant sur le lien que je t'ai fourni, les caractéristiques des lampes et de la pile font qu'on aura des points de fonctionnement différents, on verra donc des intensités du courant différentes sur chaque branche.

Finalement,
1. On mesure d'abord la tension délivrée par la pile plate (pour vérifier qu'on a bien Upile = 4,5 V)

2. On fait le circuit en dérivation :
- les trois lampes auront la même tension à leurs bornes : 4,5 V
- la lampe de tension nominale 12 V sera faiblement éclairée (car 4,5 V < 12 V) ;
- les deux lampes de tension nominale 3V seront ***fortement*** éclairées (4,5 V > 3 V).

3. On mettra donc en série un multimètre en mode ampèremètre sur les branches de ces deux lampes de tension nominale 3 V pour constater deux intensités du courant différentes.

On fera attention au calibre choisi pour le multimètre dans chaque manip et on ne laissera pas les lampes à 3V en surtension trop longtemps.



***coquille corrigée***

Posté par
Romain31000
re : Electricité protocole expérimental 19-05-20 à 21:32

Je vous remercie beaucoup, je ferai ainsi.
Juste une dernière question s'il vous plait :
" les deux lampes de tension nominale 3V seront faiblement éclairées (4,5 V > 3 V).". Pourquoi puisque justement 4,5 volt>3V ???
"On mettra donc en série un multimètre en mode ampèremètre sur les branches de ces deux lampes de tension nominale 3 V pour constater deux intensités du courant différentes." ces intensités seront les intensités nominales des deux lampes?
Enfin

Posté par
gbm Webmaster
re : Electricité protocole expérimental 20-05-20 à 07:49

Bonjour Romain,

Oups, faut d'inattention de ma part "les deux lampes de tension nominale 3V seront fortement éclairées (4,5 V > 3 V)"

Citation :
ces intensités seront les intensités nominales des deux lampes?

Troisième fois que tu me poses la question : tu n'auras pas l'intensité nominale pour chaque lampe (puisqu'on n'a pas la tension nominale) mais elle s'en approchera.

Si tu as lu attentivement ce lien (clique sur la maison) : , plus particulièrement le paragraphe 3 : tu vois bien que le point de fonctionnement entre une lampe de tension nominale 6V et d'intensité nominale 0,1 A est un point (4,7 V - 88 mA).

Mais je te l'accorde c'est hors programme, retiens donc juste ceci : comme on a Upile pas trop éloignée de Unominale, on devrait avoir une valeur d'intensité pas trop éloignée de la valeur nominale de chaque lampe

Posté par
gbm Webmaster
re : Electricité protocole expérimental 20-05-20 à 18:49

Bonsoir Romain, c'est bon, tu t'en es sorti ?



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