Électricité : comment caractériser et exploiter un signal électrique ? Relation entre U et I pour des systèmes à comportement de type ohmique
Objectif 
- Identifier les grandeurs d’entrée et de sortie (avec leur unité) d’un capteur.
- Réaliser et exploiter la caractéristique du dipôle électrique constitué par un capteur, modélisée par la relation U = ƒ(I).
- Connaître la relation entre U et I pour des systèmes à comportement de type ohmique.
Matériel 
- un boîtier de 3 résistances
- 2 multimètres
- un rhéostat (résistance variable)
- un générateur
- 4 fils rouges, 4 fils noirs
Dans la suite du document, ce symbole signifie « Appeler le professeur ».
Pensez à préciser les unités des valeurs relevées ou calculées.
★ = 1 pt ☆ = 0,5 pt
Mesurer la valeur d’une résistance
………. / 3 pts
La résistance est l’élément le plus simple. Très utilisé en électronique, c’est un composant dit passif : il conduit l’électricité avec un effet résistif. Il est bidirectionnel, il n’a pas de sens d’insertion (ou d’implantation) obligatoire, donc pas de polarité.
Il est possible de mesurer la valeur des résistances avec un multimètre avec la fonction « ohmmètre ». Il est donc simple de vérifier la valeur d’une résistance en choisissant le calibre adapté entre ses deux bornes.
N.B. : Toute mesure de résistance doit se faire hors tension
Doc 1 : Comment tester une résistance (source Jeulin)
1.) En vous aidant du doc 1 ci-dessus mesurer et relever les valeurs des trois résistances du boîtier :
| Numéro de la résistance | Valeur ( en kΩ ) | Valeur ( en Ω ) |
| R1 | ||
| R2 | ||
| R3 |
☆☆ C1 ☆☆ C2 ☆☆ C3
Evolution de U en fonction de I
………. / 6 pts
2.) Réaliser le montage suivant, appeler le professeur pour présenter votre montage avant la mise sous tension ⚠ ⚡
☆☆ C1 ☆☆ C3
3.) Faire varier la tension avec le rhéostat et relever les valeurs de la tension U (V) et l’intensité I (mA). Compléter ensuite les trois dernières colonnes du tableau :
| U (V) | I (mA) | I (A) | U (V) / I (A) (arrondi à l’unité) | R3 (Ω) (mesurée au 1.) |
| ………………………………… | ………………………………… | ………………………………… | ………………………………… | ………………………………… |
| ………………………………… | ………………………………… | ………………………………… | ………………………………… | ………………………………… |
| ………………………………… | ………………………………… | ………………………………… | ………………………………… | ………………………………… |
| ………………………………… | ………………………………… | ………………………………… | ………………………………… | ………………………………… |
| ………………………………… | ………………………………… | ………………………………… | ………………………………… | ………………………………… |
| ………………………………… | ………………………………… | ………………………………… | ………………………………… | ………………………………… |
☆☆ C1 ☆☆☆☆ C3
Appeler le professeur et présenter oralement vos mesures
☆☆ C5
Représentation graphique de la tension U (V) en fonction de l’intensité I (A)
………. / 6 pts
4.) Placer sur le graphique ci-dessous les points de coordonnées (I ; U) du tableau précédent en respectant l’échelle suivante :
| Abscisses : 0.01 A / div | Ordonnées : 0,5 V / div |
☆ C1 ☆☆☆ C3
5.) Les points semblent être …………………………………………………… ☆☆ C2
6.) Tracer la droite passant au plus proche des points. ☆☆ C3
7.) Compléter avec les mots : proportionnelles – droite – origine – repère
Cette représentation graphique est une …………………….. qui passe par l’ ………………… du …………. Nous pouvons en déduire que la tension U aux bornes de la résistance R3 et l’intensité qui la traverse sont des grandeurs …………………………… ☆☆ C2 ☆☆ C4
Calcul du coefficient directeur de la droite tracée
………. / 5 pts
Le coefficient directeur a d’une droite passant par deux points A de coordonnées (xA ; yA ) et B de coordonnées (xB ; yB ) peut être déterminé en calculant :
8.) Choisir deux points A (xA ; yA ) et B (xB ; yB ) (suffisamment éloignés) sur la droite tracée au 4.) et relever leurs coordonnées :
Point A (xA ; yA )
| xA = …………… | yA = …………… |
Point B (xB ; yB )
| xB = …………… | yB = …………… |
☆☆ C1 ☆☆ C3
9.) Calculer le coefficient directeur de la droite passant par les points A et B :
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ☆☆ C3
10.) Relever dans le tableau la valeur du coefficient directeur a calculé et la valeur de la résistance R3 utilisée dans le montage :
Coefficient directeur a
………………………………………………………………………
Valeur de R3 ( en Ω )
………………………………………………………………………
☆☆ C5
11.) Conclusion. Pour un conducteur ohmique (aussi appelé résistance ou résistor), l’intensité I et la tension U sont des grandeurs proportionnelles et R est le coefficient de proportionnalité. On peut donc écrire :
…… = …… x ……
U : Tension en volts (V)
R : Résistance en Ohm (Ω)
I : Intensité en ampères (A)
☆☆ C4
Compétences, capacités et connaissances issues du programme CAP Physique Chimie Education Nationale
Capacités
Identifier les grandeurs d’entrée et de sortie (avec leur unité) d’un capteur.
Réaliser et exploiter la caractéristique du dipôle électrique constitué par un capteur, modélisée par la relation U = ƒ(I).
Connaissances
Connaître la relation entre U et I pour des systèmes à comportement de type ohmique.
Compétence – C1
S’approprier
Rechercher, extraire et organiser l’information.
Traduire des informations, des codages.
Compétence – C2
Analyser
Raisonner
Émettre des conjectures, formuler des hypothèses.
Proposer, choisir une méthode de résolution ou un protocole expérimental.
Élaborer un algorithme.
Compétence – C3
Réaliser
Mettre en œuvre une méthode de résolution, des algorithmes ou un protocole expérimental en respectant les règles de sécurité.
Utiliser un modèle, représenter, calculer.
Expérimenter, faire une simulation.
Compétence – C4
Valider
Exploiter et interpréter des résultats ou des observations de façon critique et argumentée.
Contrôler la vraisemblance d’une conjecture, de la valeur d’une mesure.
Valider un modèle ou une hypothèse.
Mener un raisonnement logique et établir une conclusion.
Compétence – C5
Communiquer
Rendre compte d’un résultat, à l’oral ou à l’écrit en utilisant des outils et un langage approprié.
Expliquer une démarche.