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TP expérimental — Circuits électriques : intensité, tension et loi d'Ohm

4e · Cycle 4 · Thème "L'énergie, ses transferts et ses conversions" — Manipulation en salle de sciences

Nom : …………………………… Classe : 4e…… Date : ……/ ……/ ……
Objectifs
  • Réaliser un circuit électrique en série et un circuit en dérivation.
  • Mesurer une intensité (ampèremètre) et une tension (voltmètre) avec un multimètre.
  • Vérifier la loi d'unicité de l'intensité en série et la loi d'additivité des tensions.
  • Vérifier la loi d'additivité des intensités en dérivation.
  • Tracer la caractéristique U = f(I) d'un conducteur et en déduire sa résistance (loi d'Ohm).
5 min — Accueil, sécurité 15 min — Circuit série 15 min — Circuit dérivation 15 min — Loi d'Ohm 10 min — Tracé, interprétation
Avant de manipuler — ton hypothèse

Réponds avant de commencer la manipulation. Tu compareras ta prédiction à tes résultats à la fin du TP.

D'après toi, si l'une des deux ampoules grille dans le circuit série, l'autre continue-t-elle de briller ? Et dans le circuit en dérivation ? Note tes prédictions avant de réaliser les montages.

Sécurité
À respecter impérativement :
  • Ne jamais réaliser un circuit sans faire vérifier le montage par le professeur avant de mettre le générateur sous tension.
  • Ne jamais court-circuiter directement les bornes du générateur (sans résistor dans le circuit).
  • L'ampèremètre se branche toujours en série dans le circuit ; le voltmètre se branche toujours en dérivation aux bornes du dipôle étudié.
  • Toujours commencer une mesure au calibre le plus élevé du multimètre, puis diminuer si besoin.
  • Couper l'alimentation avant de modifier un branchement.
Matériel
Pour les circuits
  • Générateur de tension continue réglable (basse tension)
  • 2 résistors (valeurs différentes, ex. R₁ et R₂)
  • Interrupteur
  • Fils de connexion
Pour les mesures
  • 2 multimètres (ou 1 multimètre utilisé successivement)
  • Réglés en ampèremètre puis en voltmètre selon les mesures
Partie A — Circuit en série

Réalise le montage ci-dessous : générateur, interrupteur, R₁ et R₂ branchés en série.

G R₁ R₂ A B C
Circuit série : place l'ampèremètre successivement aux points A, B et C (repères oranges).

Mesures d'intensité — place l'ampèremètre en série à chacun des trois points repérés A, B, C du circuit.

Point de mesureA (avant R₁)B (entre R₁ et R₂)C (après R₂)
Intensité (A)

Mesures de tension — place le voltmètre en dérivation aux bornes de R₁, de R₂, puis du générateur.

Aux bornes de R₁ (U₁)Aux bornes de R₂ (U₂)Aux bornes du générateur (U_G)
Tension (V)
Partie B — Circuit en dérivation

Réalise à présent un montage où R₁ et R₂ sont branchés en dérivation (en parallèle) aux bornes du générateur.

G R₁ R₂ I I₁ I₂
Circuit en dérivation : mesure l'intensité principale I et l'intensité dans chaque branche I₁, I₂.
Intensité principale (I)Intensité dans R₁ (I₁)Intensité dans R₂ (I₂)
Intensité (A)

Mesures de tension — mesure la tension aux bornes de R₁ et de R₂.

Aux bornes de R₁ (U₁)Aux bornes de R₂ (U₂)
Tension (V)
Partie C — Caractéristique d'un conducteur et loi d'Ohm

Réalise un circuit avec un seul résistor R. Fais varier la tension du générateur pour obtenir 5 valeurs différentes, et mesure à chaque fois la tension U aux bornes du résistor et l'intensité I qui le traverse.

Mesure n°12345
Tension U (V)
Intensité I (A)
Graphique — Tension en fonction de l'intensité, U = f(I)

Place un point pour chaque mesure, puis trace la droite qui passe au mieux par ces points (elle doit passer par l'origine).

U (V) I (A)

Coefficient directeur de la droite (= résistance R) : R = ……………… Ω

Questions d'interprétation

1. Que peux-tu dire des trois intensités mesurées aux points A, B et C du circuit série (Partie A) ?

2. Compare la somme U₁ + U₂ à la tension U_G du générateur (Partie A). Qu'en conclus-tu ?

3. Compare la somme I₁ + I₂ à l'intensité principale I (Partie B). Qu'en conclus-tu ?

4. Compare U₁ et U₂ dans le circuit en dérivation (Partie B). Que remarques-tu ?

5. D'après le graphique U = f(I) de la Partie C, quelle relation mathématique relie U, R et I ?

Trace écrite — bilan
Dans un circuit en série, l'intensité est   en tout point du circuit, et la tension aux bornes du générateur est   à la somme des tensions aux bornes de chaque dipôle.

Dans un circuit en dérivation, la tension est   aux bornes de chaque branche, et l'intensité qui arrive à un nœud est   à la somme des intensités qui en repartent.

Pour un conducteur de résistance R, la tension U à ses bornes et l'intensité I qui le traverse sont liées par la loi d'Ohm : U =   ×  .

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