Modélisation d’une source de tension

A savoir

Tout dipôle électrique (lampe, fil pile…) traversé par un courant électrique résiste au passage de ce courant. On quantifie cette résistance en mesurant la résistance “R” ou “r” du dipôle en Ω (Ohm).

La plupart des dipôles voit leur résistance interne “r” varier en fonction de l’intensité ou de la tension. On s’en rend compte en traçant leur caractéristique

Définition

Nous pouvons donc modéliser un générateur comme l’association de 2 éléments :

  • une source idéale de tension “E” ou “U0: elle ne varie jamais.
  • une résistance interne “r” : elle rend compte de la baisse de tension de tout générateur lorsque le circuit devient “encombrer” de dipôles.
Modèle schématique et graphique d'un générateur de tension quelconque
Modèle d'une source réelle de tension et sa caractéristique

Classe inversée

A l’aide de la simulation d’expérience “Kit de construction de circuit” ci-dessous, réalisez le travail demandé sous l’animation.

Kit de construction de circuit

Cette simulation vous permet de créer des circuits électriques et d’effectuer des mesures d’intensité du courant et de tension électrique.

Travail n° 1

Objectif : Nous allons “surcharger” le circuit de dipôles et regarder comment la pile réagit.

Réaliser le circuit électrique comprenant une pile, une lampe et des fils.

En cliquant sur “Résistance de la pile”, régler celle-ci sur 2 Ω : elle représente sa résistance interne.

Insérer dans le circuit un voltmètre qui mesurera la tension entre les bornes de la pile ET un ampèremètre qui mesurera l’intensité du courant qu’elle débite.

Mesurer la tension U(pile) et l’intensité I(pile) :

Au circuit précédent, rajouter en dérivation (par rapport à la lampe) un résistor puis mesurer de nouveau U(pile) et I(pile).

Rajouter, toujours en dérivation, un crayon puis mesurer de nouveau U(pile) et I(pile).

Rajouter en dérivation une nouvelle lampe puis mesurer de nouveau U(pile) et I(pile).

Tracer le graphique : U(pile) = f (I) à l’aide d’un tableur (LatisPro, Calc ou excel)

Vous devez obtenir l’allure droite affine décroissante (y = a • x + b) que vous pouvez modéliser avec les tableurs ou “à la main”.

  • Quel est le coefficient directeur de la droite ?
  • Comparer-le avec la résistance interne de la pile.
  • Quel est l’ordonnée à l’origine de la droite ?
  • Comparer-la avec la tension à vide de la pile U0 (=sans être branchée dans un circuit)
  • Proposer l’équation de la caractéristique d’une source de tension réelle en fonction de sa résistance interne “r” et de sa tension à vide U0.

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