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Utilisation d'un tableur-grapheur

Le problème

On dispose d’un générateur de tension constante 3 V, d’un conducteur ohmique de résistance 33 Ω et d’une lampe dont on peut tracer la caractéristique à partir du tableau de mesures ci-dessous.

Prévoir quelle sera l'intensité du courant dans le circuit si on associe ces trois dipôles en série.

U (V) 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50
I (A) 0,000 0,077 0,110 0,135 0,165 0,180 0,195 0,205

Traduction de l'énoncé par un schéma

Les dipôles sont repérés par des lettres :
G : générateur continu 3 V
L : lampe de caractéristique connue
R : conducteur ohmique de résistance 33 Ω
 

I désignera l'intensité du courant dans le circuit.

A, B et C permettront de désigner les tensions UAB, UBC et UAC.
 

Que cherchons-nous ?

Nous cherchons l'intensité du courant dans le circuit.

  • Autrement dit, on veut déterminer I.

Que connaissons-nous ?

Nous connaissons :

  • La tension du générateur : UAC = 3 V
  • La résistance du conducteur ohmique : R = 33 Ω
  • Le tracé de la caractéristique courant-tension de la lampe L nous donnera UBC en fonction de I.

Construction des caractéristiques des dipôles L et R

Démarrer le tableur Excel et basculer ensuite de la fenêtre du tableur à celle-ci pour suivre la procédure.

Caractéristique courant-tension de la lampe L

Il suffit de recopier dans les cellules du tableur les résultats des mesures rassemblés dans le tableau ci-dessus.
On pourra ensuite obtenir une traduction graphique de ce tableau de mesures.
Si nécessaire, revoir le détail de la procédure.

Caractéristique courant-tension du conducteur ohmique de résistance R

Ajoutons une troisième colonne pour la tension UAB qui existe entre les bornes de R.
Comme il s'agit d'un conducteur ohmique, cette tension est proportionnelle à l'intensité du courant dans le dipôle.
C'est ce qu'exprime la loi d'Ohm :

UAB = R · I  avec les unités respectives : V, Ω et A

  • Ecrivons la formule de calcul dans la première cellule de la colonne intitulée Uab,  :
    =33*A4
33 représente la valeur de la résistance en ohms
* signifie "multiplié par"
A4 représente le contenu de la cellule en colonne A, ligne 4. C'est-à-dire la valeur de l'intensité pour cette ligne du tableau.
  • Quand on valide cette formule, le résultat du calcul s'affiche dans la cellule où elle a été écrite.
  • Il suffit alors de recopier cette formule vers le bas pour remplir la colonne d'entête Uab.

  • Revoir le format d'affichage des nombres de la colonne C.
    Sélectionner cette colonne et activer le menu "Format...Cellule..."

Dans la boîte de dialogue qui s'ouvre, choisir l'onglet "Nombre" et imposer un format de nombre à deux décimales.

Préparation du tableau pour tracer UAC en fonction de I

Remplissons une quatrième colonne intitulée Uac.

La loi des tensions pour les dipôles R et L branchés en série s'écrit : UAC = UAB + UBC

  • Dans la cellule, juste au-dessous de l'entête "Uac (V)", écrivons la formule de calcul de UAC :

=C4+B4

C4 Représente le contenu de la cellule, colonne C ligne 4. C'est la valeur de UAB pour cette ligne
B4 Représente le contenu de la cellule, colonne B ligne 4. C'est la valeur de UBC pour cette ligne

 
  • Comme nous l'avons déjà fait, recopions cette formule vers le bas du tableau.

Construction du graphique

Nous allons construire simultanément trois courbes représentant chacune des tensions UAB, UBCet UAC en fonction de I.
 
  • Pour cela, sélectionnons l'ensemble du tableau.
    Dans l'exemple ci-contre, cela correspond à la plage de cellules A3:D11.

 

  • Activons alors le menu "Insertion...Graphique..." ou bien cliquons sur le bouton

 

  • Dans l'étape 1 de "l'assistant graphique", choisissons le type "nuage de points".

Nous pouvons directement cliquer sur "Terminer" mais il est aussi possible de choisir de nombreuses options en cliquant sur "Suivant".

Voir, éventuellement, un exemple plus complet de l'usage de l'assistant graphique.

Vous devriez obtenir trois "nuages de points" semblables à celui-ci :

 

Traçage des courbes

 
  • La feuille du graphique étant active, sélectionnons (voir ci-dessous) la série de points qui représentent Uab.


 

 

  • Ces points sont représentatifs de UAB = R · I, ils sont alignés. Choisissons un modèle linéaire :

  • Répétons cette procédure pour les deux autres séries de points mais, dans ces deux cas, les points ne sont pas alignés.
    Adoptons un modèle polynomial d'ordre 2.

Le résultat final

 

 

La solution du problème

 
Rappelons que nous cherchons quelle est l'intensité du courant dans le circuit quand la tension entre les bornes du générateur vaut 3 V.

Cherchons donc, sur le graphique le "point de fonctionnement" correspondant à UAC = 3 V

L'abscisse de ce point est voisine de 0,075 A.

L'intensité du courant dans le circuit sera donc voisine de 75 mA.

Remarque : Dans le cas particulier de cet exemple, nous aurions pu nous dispenser de construire le graphique.
Il existait en effet, dans la feuille de calcul une valeur de UAC très voisine de 3 V.

Nous lisons en ligne 5 du tableau :
Pour UAC = 3,04 V,   I = 0,077 A

Par contre, nous n'aurions pas pu trouver de réponse précise dans le tableau si la tension du générateur avait été de 4 V. Sur le graphique, on lirait alors I ≈ 100 mA.

B. Rouède Collège Missy La Rochelle 2001-2002


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Dernière mise à jour : 18/01/04