travaux pratiques travaux pratiques d`electricite electricite

Université des Sciences et de la Technologie d’Oran (USTO
(USTO-MB)
Faculté de Physique
TRAVAUX PRATIQUES D’ELECTRICITE
ELECTRICITE
Première année LMD Semestre 1
Génie Mécanique
Génie Civil et Métallurgie
Génie Maritime
Responsable : Mr. BENBEKRITE D.
Année universitaire : 2015-2016
0
Sommaire :
TP
Intitulé
Pages
1
Mesure de la résistivité d’un fil électrique
6-8
2
Mesure d’une résistance par un voltmètre
9-11
3
Loi d’ohm et association de résistances
12-15
4
Etude du circuit RLC
16 - 19
5
Mesure des résistances – Montage amont et aval
20-23
6
Charge et décharge d’un condensateur
24-27
7
Pont de Wheatstone
28-30
1
Objectifs des travaux pratiques :
L'objectif des travaux pratiques est d'appréhender différents domaines de la physique, et d'acquérir des
méthodes expérimentales, c'est à dire en particulier :
- confronter théorie et expérience,
- choisir un appareil de mesure et réaliser des montages,
- évaluer les incertitudes liées aux mesures, ainsi que celles liées au modèle physique,
- exploiter les mesures en tenant compte des spécifications du constructeur,
- comparer des méthodes de mesure,
- apprendre à structurer ses prises de notes,
- argumenter et synthétiser sous la forme d'un rapport.
Organisation :
Le travail de TP se fait en binôme. Chaque binôme devra rédiger 2 parties (préparation et rapport) :
- une partie manuscrite comprenant sa préparation théorique (travail à domicile),
- et un rapport de synthèse des résultats (expérimentaux).
Il devra ainsi rendre en fin de séance une fiche résumant les 2 parties (feuille réponse).
Chacune des sept manipulations de TP comprend trois parties : préparation à domicile, séance de
manipulation et rédaction du rapport.
La préparation est un travail à faire en binôme avant la séance. Les étudiants doivent chercher à faire
les exercices proposés dans le polycopié de TP dans la partie introductive. Ce travail est d'autant plus
nécessaire que la manipulation porte sur des principes non encore abordés en cours : il vise à mieux
comprendre le phénomène étudié et les objectifs du TP.
Les étudiants devront arriver à la séance de TP avec un niveau de préparation tel qu'il ne reste plus
qu'à faire les mesures et les interpréter. À chaque fois que cela est possible, il faut faire avant la séance
le tracé des courbes théoriques : les points mesurés seront alors reportés directement sur ces courbes.
La préparation rédigée sera vérifiée par l'enseignant et noté.
La séance de manipulation est un travail fait en binôme. Toutes indications utiles (notice d'appareil,
consignes) sont à prendre en compte de même que les remarques de l'enseignant. L'objectif d'un TP
n'est pas de faire tous les montages proposés mais d'apprendre à manipuler : le binôme ne commencera
pas une nouvelle partie avant d'avoir terminé la précédente. Il s'assurera en particulier de la validité
2
des résultats en les comparant avec les valeurs théoriques et en estimant les incertitudes chaque fois
que cela est possible.
La rédaction de la feuille réponse (compte-rendu) est donc le résultat d'un travail de binôme fait
avant et pendant la séance.
Quelques conseils pour la rédaction du compte-rendu sont donnés ci-après :
1 - Les noms des auteurs et la date de la manipulation doivent figurer sur toutes les pièces du compterendu (feuille réponse + graphiques).
2 - Le rapport est destiné à un lecteur averti ayant l'habitude de lire des résultats de mesures. Il peut
faire référence aux notations et aux figures du fascicule de TP, aux tableaux de la copie d'analyse.
3 - Ne pas oublier de conclure à la fin de chaque séance.
Evaluation :
Chaque manipulation sera notée par binôme. La note d'une manipulation tiendra compte de trois
parties égales : qualité de la préparation, conduite de la manipulation, qualité du rapport.
La note finale de TP sera calculée en pondérant les notes avec un poids croissant de 1 à 3 (1 pour la
première séance, 2 pour les 2 suivantes et 3 pour les 2 dernières).
Calcul d'incertitude :
Erreurs et Incertitudes :
D’une manière générale, les mesures réalisées en Physique - au sens large - sont toujours
entachées d’erreurs. L’erreur de la mesure est la différence entre la valeur exacte recherchée et celle
obtenue en réalité. On distingue différents types d’erreurs : les erreurs systématiques, les erreurs
fortuites ou accidentelles et les erreurs sur les constantes.
Les erreurs systématiques : Ces erreurs proviennent soit du procédé de mesure, soit de
l’appareil de mesure. L’erreur systématique est constante en grandeur et en signe. Il est ainsi possible
d’apporter au résultat de la mesure une correction convenable.
Les erreurs fortuites ou accidentelles : Ces erreurs sont essentiellement variables en
grandeur et en signe. On peut réduire leurs conséquences en multipliant le nombre de mesures et en
prenant comme valeur numérique de la grandeur, la moyenne arithmétique des différents résultats.
Une mesure est caractérisée par une incertitude absolue ou une incertitude relative.
L’erreur absolue : L’erreur absolue δG commise sur la mesure d’une grandeur G est la
différence entre la valeur approchée Ga adoptée comme résultat et la valeur exacte Ge, soit :δG = GaGe. Comme Ge reste inconnue, δG est également inconnue. Toutefois, on peut toujours fixer des
limites raisonnables entre lesquelles la grandeur physique G doit être comprise.
L’incertitude absolue : On appelle incertitude absolue la valeur absolue maximale que peut
prendre l’erreur absolue, soit : ∆G = sup.δG.
3
L’erreur relative : L’erreur relative est égale au quotient de l’erreur absolue par la valeur
exacte: δG/Ge.
L’incertitude relative : On appelle incertitude relative le quotient de l’incertitude absolue par la
valeur approchée Ga : ∆G/Ga . ∆G et Ga étant exprimés dans la même unité. L’incertitude relative
renseigne sur la qualité d’une mesure physique, elle caractérise sa précision.
Les erreurs sur les constantes
Les constantes physiques doivent être prises avec un nombre de chiffres significatifs en
rapport avec la précision du résultat recherché. Par exemple, dans une mesure où la précision est de
l’ordre de 1/1000 on ne prendra pas π =3.14 alors que l’on peut avoir π avec autant de chiffres que l’on
veut après la virgule.
Expression des résultats
Pour qu’une mesure physique soit utilisable, il faut exprimer sans ambiguïté dans le résultat
les trois facteurs suivants : la valeur résultant de(s) mesures(s), l’incertitude absolue et l’unité.
Les incertitudes sur la mesure sont de trois ordres : l’incertitude due à la lecture, l’incertitude
due à l’appareil et l’incertitude due à la répétition de la mesure.
Incertitude due à la lecture : la lecture d’une grandeur physique à l’aide d’un instrument
présentant des graduations, s’accompagne d’une erreur dite de lecture.
Exemple : Si l’on mesure une distance x à l’aide d’une règle graduée au millimètre et que la
lecture se situe ente 52 mm et 53 mm, nous dirons par exemple que le résultat est 52.5 mm. Dans ce
cas l’erreur absolue maximale de lecture est d’une demi division (x = 0.5 mm).
Ceci s’applique aussi à des instruments tels que les chronomètres analogiques, dynamomètre
…etc.
Incertitude due à l’appareil de mesure : ce type d’erreurs est lié à la sensibilité de l’appareil
donnée par sa classe de précision.
La classe de précision d’un appareil est un nombre qui indique l’incertitude absolue que l’on
peut commettre sur la valeur lue. Elle s’exprime en pourcentage de la graduation totale. Par exemple,
pour un voltmètre de 0-300 V de classe 1.5, l’erreur absolue possible est de : 4.5 = 300x1.5/100. On en
déduit que l’on a toujours intérêt à utiliser un appareil en travaillant au voisinage de la déviation
maximale, l’incertitude relative de construction est alors la plus faible.
Exemples : Supposons que l’aiguille d’un voltmètre de classe 1.5, branché sur le calibre 300,
se trouve sur la graduation 160. L’incertitude absolue due à la construction de l’appareil vaut alors :
∆Vc = 1.5 × 300/100 = 4.5V. Supposons que sur cet appareil on apprécie facilement le quart
de division (i.e. 0.25V). Par conséquent, l’incertitude absolue due à la lecture est : ∆VL = 0.25V.
L’incertitude absolue a donc pour valeur ∆V = ∆Vc + ∆VL = 4.75V d’où une précision de mesure de:
∆V/V = 4.75 / 160 ≈ 2.9 %.
Si lors d’une mesure de temps, un chronomètre numérique affiche 1.1 s. Un appareil plus
sensible afficherait des valeurs comprises entre 1.05 s, 1.1 s. L’erreur absolue maximale dans ce cas
est de 0.05 s.
4
Incertitude due à la répétition de la mesure : effectuer une mesure plusieurs fois ne donne pas
forcement le même résultat. Considérons N mesures d’une grandeur G. L’erreur absolue dans ce cas
sera donnée par:
G 
1
N
N
G
i
 Gmoy
i 1
.
Un grand nombre de mesures réduit l’erreur absolue sur la grandeur G.
Erreurs sur les mesures indirectes
Si la grandeur physique recherchée G est liée à différentes quantités mesurables a, b et c,
chacune présentant une erreur absolue (∆a, ∆b, ∆c). Le calcul de l’erreur absolue sur G dépend de la
relation G = f(a,b,c). Voici quelques exemples :
G=a+b+c:
∆G = ∆a + ∆b + ∆c
G=a.b.c:
(∆G/G) = (∆a/a) + (∆b/b) + (∆c/c)
G = a b/c :
(∆G/G) = (∆a/a) + (∆b/b) + (∆c/c)
G=αaβ :
(∆G/G) = β (∆a/a)
Graphes :
12
 moy = (
10
 = ( 
max
+
max
-


min
min
)/2
) /2
G (unité)
8
 min = G/ a
6
 max =  G/ a
4
2
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
a (unité)
5
0,30
0,35
0,40
LMD, 1ère année 2015-2016
TP-1 Mesure de la résistivité d’un fil électrique
USTO-MB
Faculté de Physique
Electricité
Semestre I
TP1- Mesure de la résistivité d’un fil électrique
But de la manipulation : Etudier la relation entre la résistance d’un fil métallique et ses
dimensions (longueur L et section S).
1. PARTIE THEORIQUE
En appliquant une différence de potentiel U entre les extrémités d’un fil métallique, il est
traversé par un courant électrique I donné par :
I=
Où Q est la charge et t le temps.
Q
(1)
t
Si on augmente la longueur L du fil l’intensité du courant I va diminuer et d’après la loi
d’Ohm la résistance :
U
R=
I
Par conséquent la résistance du fil augmente quand la longueur du fil augmente
d’où :
R = K1.L
(2)
(3)
Par ailleurs, si on augmente sa section S avec L fixe, la charge augmente et d’après la loi
d’Ohm la résistance du fil va diminuer :
R=
On déduit par les relations (3) et (4) que :
K2
(4)
L
(5)
S
R=
S
Avec  une constante appelée la résistivité du fil, qui dépend uniquement de la nature du fil.
Equipements utilisés :
- 01 Source de tension continue
- 02 Multimètres.
- 02 fils métalliques (d1=0.25 mm et d2=0.50mm)
- Fils de connexion
LMD, 1ère année 2015-2016
TP-1 Mesure de la résistivité d’un fil électrique
FEUILLE RÉPONSE
Date :
Electricité
TP1 –Mesure de la résistivité d’un fil électrique
Nom et Prénoms :
Nom et Prénoms :
Section :
Groupe :
Enseignant :
Note :
/ 20
2. PARTIE EXPERIMENTALE
On rappelle le calcul des erreurs suivantes :
U= Uinst + Ulect ;
I = Iinst + Ilect
Uinst= classe * calibre/100 ;
Ulect = ½ Graduation
Iinst= classe * calibre/100 ;
Ilect = ½ Graduation
1- Réaliser le montage suivant :
E = 2V
VVV
A
V
Dans le tableau suivant, on fait varier la longueur du fil (d=0.25mm) et l’on mesure sa résistance.
Remplir le tableau en prenant la différence de potentiel aux bornes du générateur E= 2 V.
Longueur L (m)
U(V)
Calibre Voltmètre
U(V)
I (mA)
Calibre Ampèremètre
I (mA)
R()
R()
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
LMD, 1ère année 2015-2016
TP-1 Mesure de la résistivité d’un fil électrique
2- Tracer le graphe R = f(L) avec représentations des incertitudes. Prendre L= 5 mm.
3- Comment varie la résistance R en fonction de la longueur L du fil ?
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En utilisant deux fils de sections S1 et S2 avec L = 1 m, remplir le tableau des mesures suivant :
Diamètre
d (mm)
d1=0.25
S (m2)
U(V)
U(V)
I(mA)
I(mA)
R()
R()
d2=0.50
4- Comment varie la résistance R en fonction de la section S du fil ?
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………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
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5- A partir du graphe R=f(L) déduire la résistivité ρ du fil et la pente :
Pentemin = …………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………….
Pentemax=………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………..
min =…………………………………………(
) , max= ……………………………..(
)
………………………………………………………………………………………………………
moy=…………………………………( )…….............................................................................
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6- Donnez vos conclusions
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LMD, 1ère année 2015-2016
TP-2 Mesure d’une résistance par un voltmètre
USTO-MB
Faculté de Physique
Electricité
TP2—Mesure d’une résistance par un voltmètre
Semestre I
But de la manipulation :
 Mesurer la résistance interne d’un voltmètre
 Mesurer la résistance par un voltmètre
Utilisation d’un voltmètre : est normalement utilisé pour mesurer une différence de potentiel
entre deux bornes d’un dipôle. Mais dans cette manipulation le voltmètre est monté en série
pour mesurer la chute de tension sur sa propre résistance (la résistance interne du voltmètre
appelée ici r).
Utilisation d’une résistance variable : Elle permet de varier le courant I qui circule dans le
circuit. La variation de I permet donc la chute de tension aux bornes de la résistance interné r
du voltmètre.
Théorie
Le voltmètre est monté en série avec la résistance variable X. Il mesure la différence de
potentiel aux bornes de sa résistance interne r , lorsque la résistance X varie le courant total I
varie et la chute de tension aux bornes de r change .
En utilisant la loi d’ohm l’intensité du courant I
est donnée par :
I = E/ (ρ+r+x)
ρ : Résistance interne du générateur où r >> ρ
I ≃ E / (r+x)
Pour le voltmètre : u = r I
I = u/R ⇒ E/(r+x) = u/r
Figure 1
Équipements utilisés
 01 Source de tension continue 3V
 01 Résistance variable
 01 Voltmètre
Manipulation
1. Réaliser les montages représentés sur la figure 1.
2. Mettre le voltmètre sur le calibre 3V.
3. Faire vérifier le montage par l’enseignant avant de commencer la manipulation.
13
LMD, 1ère année 2015-2016
TP-2 Mesure d’une résistance par un voltmètre
4. Reporter dans les tableaux les résultats de mesures ainsi que les erreurs systématiques
dans chaque cas et pour chaque résistance.
FEUILLE RÉPONSE
Electricité
Nom et Prénoms :
Section :
Enseignant :
Date :
TP2 – Mesure d’une résistance par un voltmètre
Nom et Prénoms :
Groupe :
Note :
/ 20
1- PRÉPARATION THÉORIQUE (TRAVAIL À DOMICILE)
1- Trouver la relation entre la résistance x et la résistance interne r ( x = f(r) ).
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2- Tracer le graphe théorique x = f(u). Quelle est l’allure de la courbe ?
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3- Trouver l’expression de l’incertitude relative
△x /x ( r est considérée constante)
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4- Dans quel cas l’incertitude relative est minimale ? Trouver la relation entre x et r,
et déduire l’importance de cette relation du voltmètre pour mesurer la résistance
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14
LMD, 1ère année 2015-2016
TP-2 Mesure d’une résistance par un voltmètre
2- RESULTATS EXPERIMENTAUX
1- Réaliser le circuit de la figure 1.
2- Mesurer la tension u pour chaque résistance X.
1 KΩ < X < 40K Ω
(KΩ)
△x
U(V)
1/U (V-1)
△(1/U)
X
3-Tracer le graphe x = f(1/U).
4-Déterminer à partir du graphe la résistance interne r.
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5-Conclusion
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15
LMD 1ere Année 2015-2016
TP3 : Loi d’ohm et association de résistances
USTO-MB
Faculté de Physique
Electricité
TP3 : Loi d’ohm et association de résistances
Semestre I
But de la manipulation : Le but de cette expérience est de confirmer la relation entre la tension aux bornes
d’une résistance et l’intensité du courant la traversant. L’étude des résistances placées en série et en parallèle
et aussi considérée dans ce TP
Utilisation d’un voltmètre : Pour mesurer une différence de potentiel Vbc
entredeux point B et C d’un circuit électrique, on doit placer le voltmètre en
dérivation entre les deux points (figure 1).
Figure 1
Figure 2
Utilisation d’un Ampèremètre : Pour mesurer le courant électrique iqui circule
Entre les point B et C d’un circuit électrique, on doit placer l’ampèremètre en série
entre les deux points (figure 2).
Théorie
On applique une différence de potentiel (ddp) U aux bornes R et on mesure l’intensité du courant I qui la
traverse. La variation de la ddp U en fonction de I (U = f(I)) est une droite qui passe par l’origine. Sa pente
représente la résistance R.
Lorsqu’on branche un ensemble de de résistances en série, résistance équivalente est égale à la somme des
résistances. Si les résistances sont branchées en parallèle, l’inverse de la résistance équivalente sera égale à
la somme des inverses des résistances. (En d’autre terme, la conductance équivalente est égale à la somme
des conductances mises en parallèle).
Equipement utilisés
- 01 source de tension continu
- 03 Résistances (470Ω, 1kΩ et 4,7kΩ)
- 02 Multimètres
- Fils de connexion et une plaque d’essai
TP-3 Loi d’Ohm et association de résistances
Feuille de réponse
LMD, 1ère année 2015-2016
Date :
Electricité
TP3- Loi d’Ohm et association de résistances
Nom et prénoms :
Nom et prénoms :
Section :
Enseignant :
Groupe :
Note :
/20
1-Préparation théorique (Travail à domicile)
Soient trois résistances R1, R2 et R3 branchées en série. Trouver la résistance équivalente Req de ces trois résistances
(avec démonstration en utilisant les lois de Kirchhoff)
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Si les trois résistances R1, R2 et R3 sont branchées en parallèle, trouver la résistance équivalente Req de ces
trois résistances (avec démonstration en utilisant les lois de Kirchhoff).
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LMD 1ere Année 2015-2016
TP3 : Loi d’ohm et association de résistances
2- Résultats expérimentaux
Manipulation
I)
Loi d’ohm
1- Réaliser les montages représentés
2- Faire vérifier le montage par l’enseignant avant de commencer la manipulation
3- Remplir le tableau suivant.
U (V)
Calibre
de U
∆U (V)
I (mA)
Calibre I
∆I (mA)
1
2
3
4
5
4- Tracer le graphe U = f(I) en utilisant des incertitudes.
5- Déduire du graphe la valeur mesurée de la résistance R et l’incertitude ∆R.
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R min=
(
)
, R max=
(
)
,
R moy=
±
(
)
6- Trouver la valeur de la résistance utilisée et l’incertitude absolue en utilisant le code des couleurs
(démontrer le résultat en utilisant les codes correspondants à chaque couleur).
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7- Comparer cette valeur à la valeur mesurée (valeur pratique)
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8- Conclusion :
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TP-3 Loi d’Ohm et association de résistances
II) Montage en série.
1- Réaliser le montage ci-dessous. R1= 470Ω,
LMD, 1ère année 2015-2016
R2= 1KΩ,
R3 =4,7KΩ
2- Mesurer les tensions suivantes :
U1 =
±
V,
calibre
V
U2 =
±
V,
calibre
V
U3 =
±
V,
calibre
V
UT =
±
V,
calibre
V
3- Comparer UT à (U1+ U2 + U3 ).
Que peut-on conclure ?
4- Calculer Req = (
±
) Ω
5- Comparer cette valeur à la valeur théorique Req = R1 + R2 + R3
6- Conclusion
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………………………………………………………………………………………………………………………………
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………………………………………………………………………………………………
III) Montage en parallèle
1- réaliser le montage suivant :
2-Mesurer les intensités de courant suivantes :
I1 = (
I2 = (
I3 = (
±
±
±
±
) mA, Calibre
mA
) mA, Calibre
mA
) mA, Calibre
mA
I =(
) mA, Calibre
3- Comparer IT à (I1+ I2+ I3). Que peut-on conclure ?
4- Calculer Req = (
±
mA
) Ω
5- Comparer cette valeur à la valeur théorique
6-Conclusion
Req = 1/ (1/R1 + 1/R2 +1/R3)
LMD, 1ère année 2015-2016
TP-4 Etude du circuit RLC
USTO-MB
Faculté de Physique
Electricité
TP4 – Etude du circuit RLC
Semestre I
But de la manipulation : L’utilisation de l’oscilloscope pour étudier le circuit RLC à
basses fréquences dans le cas de la résonance.
Equipements utilisés :
- 01 Compteur digital
- 01 Oscilloscope.
- 01 Générateur basse fréquence.
- 01 Résistance : 10 Ω.
- Fils de connexion
- 01 Voltmètre analogique.
- 01 Self (10 mH)
- 01 Condensateur : 4.7 F.
A
C
Canal 1 de
Y1 l’oscilloscope
L
E
2V
B
Canal 2 de
Y2 l’oscilloscope
R
C
Figure 1
Terre
LMD, 1ère année 2015-2016
TP-4 Etude du circuit RLC
FEUILLE RÉPONSE
Electricité
Nom et Prénoms :
Section :
Enseignant :
Date :
TP4 – Etude du circuit RLC
Nom et Prénoms :
Groupe :
Note :
/ 20
1- PRÉPARATION THÉORIQUE (TRAVAIL À DOMICILE)
1- En utilisant le diagramme de Fresnel, trouver l’impédance Z en fonction des grandeurs R,
L, C et ω du circuit de la figure1.
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………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………
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………………………………………………………………………………………………………………………
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………………………………………………………………………………………………………………………
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………………………………………………………………………………………………………………………
2- Déduire la fréquence f0 de la résonance. Que devient l’intensité du courant dans ce cas ?
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LMD, 1ère année 2015-2016
TP-4 Etude du circuit RLC
2- PARTIE EXPERIMENTALE
1- Réaliser le circuit de la figure 1 .
2- Que représente la tension UBC?
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3- Remplir le tableau suivant :
On note que : U = Calibre (U)/10 ;
F(KHz)
Calibre de
temps :T(ms/div)
∆T(s)
∆f(KHz)
UBC (V)
Calibre de tension
U (V/div)
0.2
0.4
R/R = 5%.
0.5
0.6
∆UBC (V)
I (A)
∆I (A)
4- Tracer le graphe I = g(f) et en déduire f0 :
f0 = (
±
) KHz.
0.8
1
1.5
TP-4 Etude du circuit RLC
LMD, 1ère année 2015-2016
5- Mesurer dans ce cas le déphasage entre Y1 et Y2
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6- Conclusion
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LMD, 1ère année 2015-2016
TP-5 Mesures de résistances - montages aval et amont
USTO-MB
Faculté de Physique
Electricité
Semestre I
TP5 – Mesures de résistances - montage aval et montage amont
But de la manipulation : Mesures de résistances par la méthode dite « amont-aval ».
Utilisation d’un voltmètre :
Pour mesurer une différence de potentiel VBC entre deux points B et C d’un circuit électrique, on doit
placer le voltmètre en dérivation entre ces deux points (figure 1). Pour que la mesure soit aussi
précise que possible, la résistance interne du voltmètre (RV ) doit être élevée. RV varie avec le calibre
utilisé.
V
B
C
Fig. 1
Utilisation d’un ampèremètre :
Pour mesurer le courant électrique i qui circule entre les points B et C d’un circuit électrique, on
doit placer l’ampèremètre en série entre ces deux points (figure 2). L’ampèremètre consomme de
l’énergie sous l’action du courant i qui le traverse, Il doit donc avoir une résistance interne (RA)
faible. RA varie avec le calibre utilisé.
A
B
C
Fig. 2
LMD, 1ère année 2015-2016
TP-5 Mesures de résistances - montages aval et amont
THÉORIE
Lorsque l’on utilise simultanément un voltmètre et un ampèremètre pour déterminer la valeur R d’une
résistance, suivant la valeur -présumée- de cette résistance et de la résistance interne du voltmètre ( RV
) et de l’ampèremètre (RA), différents types de montage peuvent être utilisés. Dans ce qui suit, on
notera R, la valeur exacte ou recherchée et Rm la valeur mesurée.
Le montage aval ou courte dérivation :
Le voltmètre mesure la différence de potentiel Um aux bornes de R mais
l’intensité du courant donnée par l’ampèremètre ( Im ) est différente de
l’intensité qui traverse la résistance R. La valeur mesurée est donc :
Rm = Um / Im = R.RV / ( R+RV ). L’erreur due au montage, dite erreur
systématique, sera donnée :
Erreur absolue est R = Rm - R = Rm2 / ( Rm – RV )
Erreur relative est : (R / R) = - Rm / RV
i
V
I-i
I
R
A
I
Fig. 3
Le montage amont ou longue dérivation :
Lorsque l’on utilise un montage amont, on commet une erreur
systématique par excès. Le voltmètre indique la différence de potentiel
qui existe aux bornes de R + RA, alors que l’ampèremètre mesure le
courant traversant R . La valeur obtenue étant toujours :
Rm = Um / Im = R + RA.
R étant surestimée, l’erreur systématique en fonction de la valeur
mesurée sera dans ce cas :
Erreur absolue est R = Rm - R = RA .
Erreur relative est : (R / R) = RA / (Rm - RA)
i
V
A
R
I
I-i
Fig. 4
Equipements utilisés
- 01 Source de tension continue
- 02 Multimètres.
- 01 Boite à décades (résistances)
- Fils de connexion
Manipulation
1- Réaliser les montages représentés sur les figures 3 et 4.
2- Mettre le voltmètre sur le calibre 2.5 V et l’ampèremètre sur le calibre 2.5 mA
3- Faire vérifier le montage par l’enseignant avant de commencer la manipulation.
4- Mettre l’alimentation sous tension et régler la tension de sortie à 1 V.
5- Reporter dans les tableaux les résultats de mesures ainsi que les erreurs
systématiques dans chaque cas et pour chaque résistance.
LMD, 1ère année 2015-2016
TP-5 Mesures de résistances - montages aval et amont
FEUILLE RÉPONSE
Electricité
Nom et Prénoms :
Section :
Enseignant :
Date :
TP5 –Mesures de résistances – montages aval et amont
Nom et Prénoms :
Groupe :
Note :
/ 20
1- PRÉPARATION THÉORIQUE (TRAVAIL À DOMICILE)

Donner les expressions de l’incertitude absolue R = Rm - R et de l’incertitude relative R/R en fonction de
R , RA et RV , pour les deux types de montages.
Montage aval
R = …………………………………………………R /R = …………………………………………………
Montage amont
R = …………………………………………………R /R = …………………………………………………

Déterminer l’expression de la résistance Rc (résistance critique) pour laquelle les deux montages sont
équivalents.
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 Quel montage doit- on utiliser selon que R < Rc ou R > Rc ?
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LMD, 1ère année 2015-2016
TP-5 Mesures de résistances - montages aval et amont
2- RESULTATS EXPERIMENTAUX
1- Montage “ aval ” ou courte dérivation.
R ( k)
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
2
2.5
3
3.5
4
Um ( V )
Im ( ma )
Rm ( k)
R / R ( % )
2- Montage “ amont ” ou longue dérivation.
R ( k)
0.5
1
1.5
Um ( V)
Im ( mA )
Rm ( k)
R / R (%)

Reporter sur une même feuille millimétrée les variations de l’erreur systématique
relative R / R (%) en fonction de R pour les deux montages.

Déduire du graphe obtenu une valeur approximative de la résistance critique Rc.
…………….  Rc  …………….
3-Conclusion
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LMD, 1ère année 2015-2016
TP6 – Charge et décharge d’un condensateur
USTO-MB
Faculté de Physique
Electricité
TP6 – Charge et décharge d’un condensateur
Semestre I
But de la manipulation : Etudier la charge et la décharge d’un condensateur à travers
une résistance.
THEORIE
On suppose que le générateur de tension d’entrée Ve est parfait (résistance interne nulle) :
Charge de C à travers R : Le signal d’entrée, dit échelon de position
d’amplitude E, est représenté sur la figure 1. La réponse Vs du circuit à ce
signal d’entrée est dite réponse indicielle. On suppose qu’à l’instant initial
(t = 0) le condensateur n’est pas chargé ( Vs (t = 0) = 0 ). Pour Ve constant
(Ve = E), Il s’agit de trouver la solution générale de l’équation différentielle
régissant l’évolution de la charge électrique q (t) du condensateur, soit :
R dq(t)/ dt + q(t)/C = E avec q(t = 0) = 0.
Ainsi la tension ou signal de sortie (aux bornes du condensateur) sera donné par : Vs
Décharge de C à travers R : Le signal d’entrée Ve est représenté sur la figure
2. A t = 0, le condensateur est supposé complètement chargé (Vs(t = 0) = E).
Dans l’équation différentielle précédente, le second membre est nul (E = 0).
- t / RC
La solution de l’équation sera donnée cette fois par : Vs (t) = E.e
Fig. 1
(t) = E (1- e - t / RC )
Fig. 2
EQUIPEMENT UTILISÉ
Le dispositif expérimental se compose de :
- 01 Oscilloscope.
- 01 Voltmètre analogique.
- 01 Générateur basse fréquence. - 01 Générateur de tension continue.
- 01 Résistance : 10 kΩ.
- 01 Condensateur : 10 nF.
- 01 Chronomètre.
- 01 Interrupteur.
- Fils de connexion.
MANIPULATION
A - Charge et décharge d’un condensateur : Réaliser le montage RC avec R = 10 kΩ et C = 10 nF.
Le générateur d’entrée délivrant des signaux carrés calibrés d’amplitude E = 5V et de fréquence 1 kHz.
On observera à l’oscilloscope la charge et la décharge du condensateur C à travers la résistance R.
B- Charge d’un condensateur : Réaliser le montage suivant :
R = 50 kΩ, C = 2200 µF et E = 5 Volts.
17
LMD, 1ère année 2015-2016
TP6 – Charge et décharge d’un condensateur
FEUILLE RÉPONSE
Date :
Electricité
TP6 – Charge et décharge d’un condensateur
Nom et Prénoms :
Nom et Prénoms :
Section :
Groupe :
Enseignant :
Note :
/ 20
1- PRÉPARTION THEORIQUE (TRAVAIL A DOMICILE)
Charge de C à travers R :
Retrouvez la solution de l’équation différentielle R.dq(t)/dt + q (t)/C = E avec q(t = 0) = 0.
On notera = RC = la constante de temps du circuit.
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Calculer : Vs(), Vs(3), Vs(5) en fonction de E.
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TP6 – Charge et décharge d’un condensateur
LMD, 1ère année 2015-2016
Décharge de C à travers R :
Retrouvez la solution de l’équation différentielle R.dq(t)/dt + q (t)/C = 0 avec q(t = 0) = C.E.
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Calculer : Vs (), Vs (3), Vs (5) en fonction de E.
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LMD, 1ère année 2015-2016
TP6 – Charge et décharge d’un condensateur
2- RESULTAS EXPERIMENTAUX
Charge de C à travers R :
1. Calculer la valeur théorique de
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2. Observer Vs(t) à l’oscilloscope. Tracer Vs(t) sur une feuille millimétrée.
3. Déduire la valeur de  à 63% de E ( lors de la charge ).
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4. Comment déduisez-vous la valeur de  lors de la décharge.
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5. Mesurer , Vs ( ), Vs ( 3), Vs ( 5) puis comparer avec les valeurs théoriques.
Lors de la charge : ……………………………………………………………………………………….
Lors de la décharge : ………………………………………………………………………………………
Manipulation:
- L’interrupteur étant ouvert, court-circuiter le condensateur.
- Mettre sous tension le générateur de tension continue.
- Fermer l’interrupteur et déclencher simultanément le chronomètre (t = 0).
- Mesurer la tension aux bornes du condensateur à l’aide du voltmètre branché aux bornes de C.
- Relever le temps de charge à l’aide du chronomètre.
- Consigner ces résultats dans le tableau suivant :
Vs
(Volts)
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
t (s)
2. Tracer sur papier millimétré la variation de ln (E- Vs ) en fonction du temps de charge t.
3. Déterminer à partir du graphe la valeur de τ et comparer avec la valeur théorique.
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Conclusion :
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LMD, 1ère année 2015-2016
TP-7 Le pont de Weatstone
USTO-MB
Faculté de Physique
Electricité
Semestre I
TP7- Le pont de wheastone
But de la manipulation :
Mesure de résistance inconnue à l’aide du pont de Wheatstone.
1. PARTIE THEORIQUE
Considérons le circuit de la figure suivante comprenant quatre résistances R1 , R2 , R3 et RX
Un galvanomètre G et un générateur de tension E (fixé a 10 V).
B
I2
R1
R2
I1
A
G
C
I3
Rx
R3
IX
D
Figure 1
E
Condition d’équilibre :
Si les résistances R1 , R2 , R3 , et Rx sont quelconques, le galvanomètre est traversé par un
courant ig .
Pour une valeur particulière des résistances, le galvanomètre indique un courant ig = 0.
Lorsque ceci est réalisé on dit que le pont est équilibré et par conséquent le courant qui passe
dans R1 est le même que celui qui passe dans R2.
I1 = I2 et I3 = I4
28
LMD, 1ère année 2015-2016
TP-7 Le pont de Weatstone
FEUILLE RÉPONSE
Electricité
Date :
TP7 – Le pont de wheastone
Nom et Prénoms :
Nom et Prénoms :
Section :
Groupe :
Enseignant :
Note :
/ 20
PARTIE THEORIQUE
Montrer que :
R1 / R2 = R3 / RX
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1. PARTIE EXPERIMENTALE
1. Réaliser le montage (Figure 1)
2. Fixer les valeurs des résistances R1, R2 où :
 R1 : résistance constante d’une valeur de 1 KΩ
 R2 : résistance variable
 R3 : résistance variable ( pour l’obtention de l’équilibre)
 RX : résistance inconnue ( à définir)
2. Pour chaque valeur de la résistance R2 définie dans le tableau, faire varier la
résistance R3 jusqu'à l’obtention de l’équilibre dans le galvanomètre.
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LMD, 1ère année 2015-2016
TP-7 Le pont de Weatstone
Présenter les résultats selon le tableau suivant :
R2
200 Ω
400 Ω
600 Ω
800 Ω
1KΩ
R3 à l’équilibre
3. Tracer la variation de la fonction R3 = f(R2)
4. En déduire la valeur de la résistance inconnue RX.
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5. Conclusion
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