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4C Phy12. Lampes et point de fonctionnement

jeudi 10 mars 2011 par Luc Tartier

I] Le matériel

Nous disposons de deux générateurs : Le Générateur Basses Fréquences qui peut délivrer une tension variable avec une composante continue et un accumulateur de batterie acide/plomb de 6,6V de résistance interne négligeable (son courant de court-circuit peut dépasser 20A !)
 
 
On règle le GBF pour avoir une tension continue de E = 4,6V à vide et on mesure le courant de court-circuit Icc = 0,16A. On en déduit sa résistance interne r = 4,6V/0,16A = 29 Ω.
Remarque  : Nous aurions pu utiliser un calibre plus précis que le calibre 20A du multimètre, mais le multimètre UT53 présente une résistance non négligeable de 5,2 Ω sur le calibre 300mA contre 0,1Ω sur le calibre 20A.
 
Nos récepteurs sont quatre lampes à filament :
 
L1 (6V ; 0,05A)
 
L2 (3,5V ; 0,2A)
 
L3 et L4 (3,7V ; 0,3A)
 
(Points de fonctionnement nominal)
 
La caractéristique courant-tension d’une lampe à incandescence a une forme parabolique : plus le filament chauffe, plus il devient résistif.

II] Les mesures

1) Ca marche ou pas ?

  • Nous avons d’abord placé les lampes L3 et L4 en série sur la batterie : Les 6V se répartissent également sur les deux lampes qui brillent assez bien.
  • Si on dévisse une de ces lampes (en secret, équivalent à une lampe "grillée" = merci l’industrie qui s’évertue à limiter la durée de vie des lampes...), alors le courant ne circule plus. On trouve 0V aux bornes de la lampe qui fonctionne (0A ; 0V est normal pour un dipôle passif) et 6,4V aux bornes de la lampe grillée.
     
  • Ensuite, avec L3 et L1 en série L1 brille mais pas L3. Le courant mesuré I = 0,04A suffit à L1 mais ne permet pas au filament de L3 de chauffer.
  • Pour être plus précis, on change le calibre de l’ampèremètre pour le calibre 300mA. Le courant mesuré est 47mA, mais la tension aux bornes de la pile ne changeant pas, on mesure 5,96V aux bornes de L1 au lieu des 6,34V précédents ! La différence (0,38V) se retrouve sur l’ampèremètre qu’il n’est vraiment plus possible de considérer comme un fil car sa résistance est passée de 0,1 à 5,2 Ω en changeant de calibre...

 2) Point de fonctionnement

 
  • Avant de brancher un dipôle passif sur un générateur, il faut savoir s’il ne va pas être détruit : La lampe L2 (3,5V ; 0,2A) serait détruite quasi-instantanément si on la branchait sur la batterie de 6,6V de résistance interne quasi-nulle !

  • Avec le GBF c’est différent : sa tension chute lorsqu’il débite du courant. On trouve le point de fonctionnement graphiquement car nous n’avons pas d’équation caractéristique de la lampe : Le seul point qui est à la fois sur les deux caractéristiques est P(U = 1,2V ; I = 120 mA)

     
  • On peut brancher : On mesure effectivement les valeurs prévues. La lampe brille peu alors que la tension à vide du générateur semblait trop grande...
 
 
 
 

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Physique et Chimie au lycée Jan Neruda de Prague (Lycée Bilingue Jan Neruda)