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On veut alimenter une lampe avec un générateur de tension idéal de f.é.m. E = 6 V.
Mais, cette lampe de caractéristiques nominales 3,5 V 100 mA n'est pas adaptée à la tension de 6 V. On ajoutera donc une résistance en série pour limiter le courant.
On dispose d'un lot de résistances de valeurs (exprimées en ohms) :
4,7, 6,8, 10, 15, 22, 33, 47, 56, 68, 100, 150, 220. |
| Si on accepte que l’intensité du courant dans la lampe soit comprise entre 80 et 100 mA, quelles résistances peut-on choisir parmi celles qui sont disponibles ?
Si nous devions, dans les mêmes conditions, utiliser un générateur de f.é.m. 12 V, quelles résistances choisirait-on ?
2. La caractéristique courant-tension de la lampe
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Pour répondre, nous devons mieux connaître le comportement de la lampe.
Réalisons le montage ci-contre et faisons une série de mesures de la tension aux bornes de la lampe et de l'intensité du courant qui la traverse.
Ces mesures nous permettront de tracer la caractéristique courant-tension de la lampe.
 Activez la feuille de calcul
Répondez "OUI" dans la boîte de dialogue qui vous demande si vous voulez activer les macros |
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Réglez l'intensité du courant conformément aux valeurs de la première colonne du tableau ci-contre (vous pouvez adopter des valeurs voisines). Dans la feuille de calcul, reportez les couples de valeurs mesurées I, UL.
Les points correspondants apparaissent alors sur le graphique.
Pour tracer la courbe cliquez sur
Un autre clic sur ce bouton effacera la courbe. |
3. La caractéristique courant-tension de la résistance
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 Choisissez une résistance dans la liste déroulante :
Ici, par exemple, on a choisi 68 ohms.
Dès que le choix sera fait, la liste se refermera et la valeur choisie s'inscrira dans la cellule B6. |
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Pour compléter la colonne UR, vous effectuerez un calcul qui applique la loi d’Ohm.
La valeur de R est affectée à la cellule B6.
Nommez cette cellule :
Cliquez en B6 et activez le menu :
Insertion…Nom…Définir |
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Dans la boîte de dialogue « Définir un nom », appelez R le nom et acceptez la référence à la cellule $B$6
Cliquez sur « OK ». |
De la même manière, après avoir sélectionné la plage de cellule A9:A14, donnez à ces cellules le nom de variable I. |
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Il ne reste plus qu'à remplir la colonne UR par la valeur calculée selon la loi d'Ohm.
Activez la cellule C9.
Tapez = suivi de la formule de calcul UR et validez.
La cellule C9 contiendra alors la valeur calculée de UR.
La variable R prend la valeur de la résistance contenue dans la cellule $B$6.
La variable I prend la valeur de la cellule de la ligne 9 ayant pour nom I. Autrement dit, I prend la valeur contenue dans A9.
Recopiez cette formule, vers le bas, jusqu'en C14.
La colonne UR se remplit des valeurs calculées et les points correspondants apparaissent sur le graphique.
Pour tracer la courbe cliquez sur |
4. La caractéristique courant-tension du dipôle constitué de l'ensemble lampe-résistance
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Considérons comme un dipôle unique l'ensemble constitué de la lampe en série avec la résistance.
La tension E aux bornes de ce dipôle peut s'exprimer sous la forme :
E = UL + UR
Vous pouvez nommer UL la plage de cellules B9:B14
et UR la plage C9:C14.
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Activez la cellule D9.
Taper la formule de calcul de UL + UR
Recopiez cette formule vers le bas jusqu'en D14.
Les résultats du calcul s'affichent dans le tableau.
Les points correspondants apparaissent sur le graphique.
Pour tracer la courbe cliquez sur |
5. Exploitation du graphique
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Dans cet exemple, la valeur de la résistance est 100 ohms.
La tension qui existe aux bornes du générateur est égale à UL + UR.
Si cette tension vaut 6 V, l'intensité du courant qui circule dans le circuit est directement lue sur le graphique : environ 0,050 A soit 50 mA.
On espérait une intensité d’au moins 80 mA. La résistance de valeur 100 ohms ne convient pas. |
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Dans la feuille de calcul, sélectionnez une nouvelle résistance dans la liste déroulante.
Observez la modification du graphique, notez la nouvelle intensité (toujours pour une tension de 6 V).
Par tâtonnements successifs, déterminez quelles résistances permettent de fixer l'intensité du courant à une valeur comprise entre 80 et 100 mA. |
6. Compte-rendu
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Activez la barre d'outils de dessin du tableur.
Ôtez la protection de la feuille de calcul.
Dessinez, comme sur le graphique représenté au § 5, les lignes de coordonnées du point de fonctionnement.
N’oubliez pas de traiter rapidement le cas où le générateur aurait une f.é.m. de valeur 12 V.
On peut, évidemment, vérifier que les choix qui ont été faits conviennent en réalisant le montage et en mesurant l'intensité du courant dans le circuit.
Ajoutez, sur la feuille de calcul, une zone de texte dans laquelle vous rédigerez votre conclusion.
Enregistrez cette feuille de calcul sous un nom de la forme : "LR-xx-DUDULE.xls" où xx est le numéro de votre classe et DUDULE votre nom. Placez ce fichier dans le dossier "XXXXXXX".
Affichez l'aperçu avant impression et imprimez la feuille de calcul.
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