SIgnaux et capteurs
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Notions et compétences
| Loi des noeuds et loi des mailles Caractéristiques tension-courant d'un dipôle Conducteurs ohmiques : résistance, loi d'Ohm Capteurs électriques | Utiliser un dispositif avec un microcontroller Mesurer une grandeur physique à l'aide d'un capteur électrique résistif Représenter et exploiter la caractéristique d'un dipôle Mesurer une tension et une intensité |
Loi des circuits électrique
Les circuits électriques
Les circuits électriques sont un ensemble de composants électriques, appelés dipôles, reliés entre eux.
Les composants électiques sont classés en deux catégories :
les générateurs qui fournissent l'énergie au circuit ;
les récepteurs qui ont besoin d'énergie pour fonctionner.
Grandeurs électriques dans les circuits
Pour étudier le fonctionnement d'un circuit électrique, il est nécessaire de mesurer des grandeurs : la tension électrique et l'intensité du courant.
Activité
Mesurer une tension électrique
La tension UAB aux bornes d’un conducteur ohmique de résistance R est 9,0 V.
Quel appareil permet de mesurer cette tension électrique ?
Reproduire le schéma et le compléter en ajoutant l’appareil permettant de mesurer la tension UAB.
Mesurer l’intensité du courant
Quel appareil mesure l’intensité du courant ?
Comment l’associer avec un dipôle dont on veut mesurer l’intensité du courant qui le traverse ?
Quelle est l’unité de l’intensité du courant ?
Lois de l'électricité
Il existe deux types de circuits électriques :
les circuits en série
les circuits en dérivation (parallèle)
Pour un ensemble de dipôles associés en série :
Loi d'unicité de l'intensité : L'intensité du courant est la même en tout point.
Loi d'additivité des tensions (loi des mailles) : La tension aux bornes de l'ensemble est égale à la somme des tensions aux bornes de chaque dipôle.
Dans maille FERMEE, la somme des tensions est nulle.
dans l'exemple U = U1 +U2
Pour un ensemble de dipôles associés en dérivation :
Loi d'unicité des tensions : La tension est la même aux bornes de chaque dipôle.
Loi d'additivité des intensité (loi des noeuds) : La somme des intensités des courants qui arrivent à un noeud est égale à la somme des intensités des courants qui en repartent.
dans l'exemple --> i1 = i2 + i3
Activité
Reconnaître une maille
Un circuit est schématisé ci-dessous, nommer les mailles présentes dans le circuit électrique à l’aide des lettres A, B, C, D, E et F.
Appliquer la loi des mailles
Reproduire le schéma et représenter les tensions UBC, UCD, UAB, et UDE.
Appliquer la loi des mailles dans le circuit.
Exprimer alors la tension UBC en fonction des autres tensions électriques.
Identifier les nœuds d’un circuit
Parmi les points A, B, C,D et E, indiquer lesquels sont des nœuds du circuit.
Appliquer la loi des nœuds
Pour le circuit schématisé ci-dessous, I1 = 100 mA et I2 = 150 mA.
Reproduire le schéma en ajoutant l’ampèremètre permettant de mesurer l’intensité I du courant.
Calculer la valeur de cette intensité I.
Caractéristique d'un dipôle
Conventions
La tension et l'intensité sont des grandeurs algébriques, c'est à dire qu'elles peuvent avoir des valeurs positives ou négatives.
Pour un générateur : le courant et la tension sont orientés dans le même sens ;
Pour un récepteur : le courant et la tension sont orientés dans des sens opposés.
Les signes tensions et des courants sont alors fixés :
Si l'intensité I est orientée de la borne + à la borne - du générateur, alors elle est positive ;
en convention générateur, U et I ont le même signe s'ils ont la même orientation ;
en convention récepteur, U et I ont le même signe s'ils ont des orientations opposées.
Caractéristique tension-intensité d'un dipôle
La caractéristique d'un dipôle est l'ensemble des couples (U ; I) possibles pour ce dipôle.
Chaque point de la caractéristique d'un dipôle est appelé point de fonctionnement.
La caractéristique d'un dipôle permet de connaître les conditions de fonctionnement d'un dipôle : à une valeur de tension U correspond une unique valeur de l'intensité I du courant, et réciproquement.
Conducteur ohmiques et capteurs
Composants à comportement ohmique
La caractéristique tension-intensité d'un conducteur ohmique est une droite passant par l'origine dont le coefficient directeur est égal à la résistance R.
Loi d'Ohm
La tension U aux bornes d'un conducteur ohmique parcourue par un courant d'intensité I s'écrit :
Capteurs
Certains matériaux ont une résistance qui dépend de paramètres d'influence (température, éclairement, etc). Ils sont utilisés comme capteurs et permettent de mesurer des grandeurs diverses.
Activités
Appliquer la loi d’Ohm
Pour le conducteur ohmique schématisé ci-dessous, indiquer la relation entre UAB et I en précisant le nom et les unités des différentes grandeurs.
Calculer la valeur de la tension UAB lorsque I = 20 mA sachant qu’elle est égale à 1,0 V lorsque I = 10 mA.
Identifier un capteur
On trace la caractéristique tension-intensité d’un dipôle dans trois conditions d’utilisation différentes.
Que représente le coefficient directeur de la caractéristique tension-intensité de ce dipôle ?
Identifier la nature du capteur pouvant être construit avec ce dipôle.
Exercices
Le pont diviseur de tension
Le montage à pont diviseur de tension schématisé ci-dessous est utilisé dans des capteurs électriques. La résistance R2 dépend d’un paramètre extérieur. Dans ce montage : R2 = 100 Ω ; R1 = 200 Ω et UAE = 6,0 V. On mesure UCD.
Citer un paramètre dont peut dépendre R2.
Exprimer UBD en fonction de UAE.
En déduire l’expression de l’intensité I du courant électrique en fonction de UAE, R1 et R2.
Exprimer la tension UCD en fonction de UAE, R1 et R2, puis expliquer l’appellation « diviseur de tension ».
Mesurer une température à l’aide d’une thermistance
Une thermistance est un dipôle électrique dont la résistance varie en fonction de la température. Parmi les thermistances, les CTN ont une résistance qui diminue lorsque la température augmente.
Déterminer la température mesurée par la thermistance lorsque l’intensité circulant dans le circuit du schéma est de 5,0 × 10–2 A.
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