C11-Signaux électriques

Chapitre 11 Signaux électriques

Cliquez 1, puis 2, puis 3 .... c'est parti !

C11. Signaux électriques

Retour sur deux lois de l'électricité

Pas de courant électrique sans tension électrique. Difficile également de faire sans "résistance" au passage du courant. Cliquez sur l'image pour en savoir plus...

AE1. Tests de lois de l'électricité

DOC.1. Modélisation du circuit de la trotinette

DOC.4. Loi d'ohm et dipôles ohmiques

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DOC.2. La loi des mailles

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Pour un travail à distance :

Questions et simulation

DOC.3. Mesure et représentation d'une tension électrique

Cliquez sur le bouton pour lire les questions et sur l'image ci-dessous pour accéder à la simulation (mode Labo)

Cliquez sur le bouton pour une description et sur le titre pour un complément d'information en vidéo

AIDE

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Le circuit électrique simplifié d’une trottinette électrique comporte un générateur, un moteur, des dipôles ohmiques et une lampe.

Pour qu'un courant électrique circule dans le circuit et que la trotinnette fonctionne, un point de ce circuit doit attirer davantage les porteurs de charges (électrons libres des fils de connexion) qu'un autre point. On dit que ces deux points n'ont pas le même potientiel électrique. La différence de potientiels électriques entre ces deux points est plus communément appelée la tension électrique. L'unité de cette grandeur physique est le volt.

Quelles lois determinent les tensions dans le circuit pour gérer son fonctionnement ?

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Tutoriel

Cliquez ici pour savoir comment mesurer une tension électique

Lancez la vidéo suivante pour accéder au tutoriel du simulateur en ligne de circuits utilisable pour faire des mesures dans le cadre d'un travail à distance.Si le travail est fait en salle de TP, ignorez ce tutoriel.

Cliquez ici pour savoir comment mesurer une tension électique

Remarque : moteur n'étant pas disponible, on utilisera une lampe à la place.

Vers le TP

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Pour la simulation, choisir le mode labo . NB: Dans cette simulation, les lampes sont assimilées, pour leur réglage, des résistances, ce qui n'est pas le cas en général.

Simulation avec voltmètre mesurant la tension Uet sens du courant apparent.

CD

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C11. Signaux électriques

Courant électrique, intensité et loi des noeuds

Comment interpréter au niveau microscopique la circulation du courant électrique continu dans les fils électriques ? A quoi correspond l'intensité d'un courant électrique et que dit la loi de noeuds ?Cliquez qur l'image pour en savoir plus

Dans une balance électronique en fonctionnement, comme dans la harpe laser, un courant électrique circule dans une carte électronique (microcontrôleur), dans des fils électriques et dans d'autres composants électroniques.

Comment interpréter au niveau microscopique la circulation du courant électrique continu dans les fils électriques ?

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ElEments de correction

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C11. Signaux électriques

Aspects énergétiques : effet Joule et rendement.

Les dipôles électriques sont des convertisseurs d'énergie, mais cette conversion ne se fait pas sans "perte". Cliquez sur l'image pour en savoir plus...

L'énergie se conserve : elle n'est ni perdue, ni créée, mais elle peut changer de forme.

Les générateurs par exemple "produisent" de l'énergie électrique par conversion d'énergie chimique (ex : piles, voir ci-contre), radiative (ex : panneaux solaires) ou mécanique (ex : alternateurs). Les récepteurs (ex: moteur électrique) réalisent une conversion inverse, celle de l'énergie électrique qu'il reçoivent en une autre forme (ex: mécanique) Une pile ou un moteur s'échauffent par effet Joule lorsqu'il fonctionne : il y a dissipation d'énergie par transfert thermique. Ainsi, la totalité de l'énergie reçue par un appareil n'est en général pas convertie en énergie utile. Le rendement de conversion d'energie de ces appareils n'est pas de 100 %.

La suite

L'objectif de cette partie du chapitre est : - d'étudier un convertisseur d'énergie (la pile); - une application dans laquelle l'effet Joule est impliqué pour comprendre en quoi il peut être souhaité ou non ; - de calculer un rendement de conversion.

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AE3. Une pile dans un ordinateur : source idéale ?

Un ordinateur contient des piles pour pouvoir conserver certaines données, comme la date et l’heure lorsque l’ordinateur est arrêté. En TP, il est possible de réaliser un circuit pour tracer la caractéristique tension-courant de cette pile ou d'une autre pour comprendre son fonctionnement. 1. Consulter les documents 1 et 2, puis réaliser le travail demandé dans le doc.2

2. Déterminer graphiquement les valeurs la résistance interne r et la force électromotrice (f.e.m.) E de la pile plate utilisée (voir doc.2. et "Aide" si besoin). 3. En utilisant la calculatrice et en saisissant les valeurs du relévé de mesures en A (et pas en mA) et en en V , représenter la caractéristique tension-courant U = f(I ) de la pile et la modéliser par une fonction affine (regression linéraire). Déduire des valeurs des coefficients a et b issus de la modélisation précédente la résistance interne r et la force électromotrice (f.e.m.) E de la pile plate utilisée. 4. A partir des résultats expérimentaux (questions 2 ou 3) ou du doc.1. - expliquer en quoi une pile n'est pas une source idéale de tension continue. - justifier le signe " - " dans l'équation du modèle: 5. Estimer (sans calculatrice) l'énergie dissipée par effet Joule par la pile pendant 24h de fonctionnement si l'intensité du courant I = 5 mA.

Doc.1. Source idéale et source réelle de tension continue

Doc.2. Caractéristique tension-courant d'une pile

P N

Emulateur NumWorks si besoin

Aide

Données

La suite

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Doc.2. Caractéristique tension-courant d'une pile

Travail à réaliser1. Schématiser le circuit ci-contre en représentant les apparreils de mesures et leurs bornes (mA, V ou COM) et ce qu'il mesure. 2. Réaliser le circuit (intérrupteur ouvert) avec le matériel fourni et appeler le professeur pour vérifier. 3. Noter la valeur de la tension électrique et celle de l'intensité du courant électrique puis fermer le circuit et faire varier le résistance du rhéostat de manière à relever 5 à 7 autres valeurs d'intensité du courant électrique comprises entre 0 et 0,7 A et de tension électrique correspondante. Présenter les résultats des mesures dans un tableau. 4. Tracer la caractéristique tension-courant de la pile sur la feuille de papier millimétré fournie en respectant les échelles indiquées.* Attention aux unités pour le relévé de mesures.

Rhéostat : résistance réglable

maximum

: résitance de protection du circuit.

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Application : Moteur électrique et rendement de conversion Un petit jouet contient un moteur électrique. Une recherche permet de déterminer l'expression de la tension (positive) U aux bornes du monteur en fonction de l'intensité I du courant qui le traverse : U = E’ + r ’ × I avec U en volt, E’ en volt, r ’ en ohm et I en ampère. Voir des données pour les valeurs de E' et r'. 1. Identifier les formes d'énergie (1) et (2) sur le schéma de la chaîne énergétique fournie en bas de page. 2. En utilisant les données, exprimer et calculer : - l'intensité I du courant qui circule dans le moteur; - puissance dissipée par effet joule dans le moteur; - la puissance reçue. 3. En déduire la puissance utile et le rendement de conversion du moteur en %. 4. Exprimer et calculer la durée que Δt met le moteur à soulever verticalement un objet masse de m = 50 g.

Définition du rendement

Chaîne énergétique

Données

Fin de partie

Aide

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Bilan

C'est le moment de faire le point ... Cliquez sur l'image pour accéder à la ressource ...

Signaux électriques – Synthèse

Cliquez sur l'image ci-contre pour accéder à la fiche 2 de synthèse.

Les points essentiels en vidéo

Intensité de courant électrique, tension électrique et bilan de puissance

Applications corrigées

Retour

Complément

Générateurs, récepteurs, schémas normalisés

Bilan de puissance

Généralités concernant l'électricité

Mesure d'intensité de courant électrique

Mesure de tension électrique

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C11. Signaux électriques

Bilan

En route pour le traitement de trois exercices sur le chapitre 11

C11. Signaux électriques

C'est la fin du parcours !

Les circuits éléctriques intégrant des capteurs et des microcontrôleurs, sont présents dans les objets du quotidien fonctionnant grâce à l'électricité. Vous connaissez maintenant mieux les lois (et les conversions d'énergie mises en jeu) qui permettent d'inteprêter ou prévoir leur fonctionnement et en fabriquer de nouveaux...