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Attention de ne pas placer le thermomètre sur la résistance! c-Relevé des mesures obtenues par un groupe d'élèves: Intensité I (A) 1, 05 1, 50 2, 05 2, 50 3, 10 3, 50 q initial(°C) 20, 0 21, 2 24, 1 28, 5 35, 0 45, 0 q final (°C) 21, 4 24, 3 29, 2 37, 0 47, 2 51, 0 U AB (V) 2, 1 3, 1 4, 0 5, 2 5, 9 6, 9 (Les lignes disponibles pourront servir à des calculs qui permettront la vérification quantitative de la loi de Joule) On donne les informations suivantes: Il faut 2100 J pour élever 1kg de pétrole de 1°C. ----- 4180J ---------------------d'eau ------------ La capacité calorifique du calorimètre et des accessoires est estimée à m =110J. K -1. La résistance du conducteur ohmique qui plonge dans le liquide du calorimètre est voisine de 2 W. 5-Interprétation: a - Formuler la loi de Joule: Ecrire une équation avec les symboles I, D t (durée de passage du courant), R, m (masse du liquide), c (chaleur massique du pétrole), m (capacité calorifique du calorimètre), Dq (variation de température).
Ce TP permet d'appréhender avec les élèves de seconde, les mesures sur site de tension et de courant en utilisant des appareils de mesures portables comme le voltmètre et la pince ampèremétrique pour vérifier la loi d'ohm et la loi de joule, en utilisant la méthode voltampèremétrique. Cette mesure est réalisée sur une partie de l'installation de la cellule habitat. Ce TP permet également d'utiliser les équipements de protection individuel en vue du passage des tâches pratiques de l'habilitation électrique, ainsi que la tâche 2 du B1V.
Les physiciens ont bien étudié un moyen de s'en affranchir: la supraconductivité, mais les applications de celle-ci ne sont pas pour demain! 2-Enoncer la loi de Joule par une phrase simple. 3- Schéma du montage à réaliser pour vérifier la loi: Questions sur le montage: Préciser le rôle du rhéostat Rh, du calorimètre, de l'agitateur 4/Protocole expérimental: a/ Verser une masse m =200g de pétrole à usage domestique dans le calorimètre (relever la valeur exacte de la masse de liquide introduite). b/ Pour chaque mesure, procéder de la manière suivante: · Régler rapidement, à l'aide du rhéostat, la valeur de l'intensité I, puis ouvrir le circuit (interrupteur). Relever la température q i d'équilibre thermique du calorimètre. · A la date ti=0, fermer l'interrupteur et déclencher le chronomètre. Relever les valeurs de U AB et de I. A la date t f = 6 min=360s, ouvrir l'interrupteur. Noter la température (lorsqu'elle passe par son maximum). Avant toute mesure de température, agiter le liquide!
1 = 25Ω De même, R2=U2/I2 = 2/0. 2 = 10 Ω D'où R1>R2 2- Exercice 2 sur la Loi d'Ohm L'intensité du courant traversant un conducteur ohmique de 27Ω est de 222 mA. Calculer la tension appliquée entre ses bornes. Soit R= 27Ω et I= 222 mA (Conversion: I=0. 222 A) On a la loi d'Ohm U= R. I = 27 × 0. 222 D'où U=6V 3- Exercice 3 sur la Loi d'Ohm Un dipole ohmique de résistance 3300Ω est détérioré si l'intensité du courant qui le traverse est supérieure à 25 mA. Quelle tension maximale peut-on appliquer entre les bornes du dipôle sans le détériorer? Ici, R = 3300Ω et I max = 25 mA ( Conversion: I max = 0. 025 A) U max = R × I max = 3300 × 0. 025 D'où U max = 82. 5 V 4- Exercice 4 sur la Loi d'Ohm a- Dans quel but a-t-on réalisé le montage ci-dessus? b- Faire le schéma normalisé de ce circuit? c- que vaut, en ohms, la résistance du dipole ohmique étudié? attention, l'écran de l'ampèremètre affiche ici des mA! a- ce montage est celui qui est réalisé lorsqu'on veut mesurer le courant qui traverse un dipôle ohmique et la tension à ses bornes.
NOTA: Le jour de l'examen, si vous n'êtes pas à l'aise en algèbre, commencez par écrire ces quatre formules sur votre feuille de brouillon à côté de la table de conversion: elles seront ainsi toujours sous vos yeux. Exemples Premier exemple: Soit une résistance de 1. 500 Ω (1, 5 kΩ) parcourue par un courant de 0, 1 A (10 mA) Quelle est la tension à ses bornes et quelle est la puissance dissipée? U = R. I = 1. 500 x 0, 1 = 150 V – C'est la tension aux bornes P = U. I = 150 x 0, 1 = 15 W ou P = R. I² = 1. 500 x 0, 1 x 0, 1 = 15 W – C'est la puissance dissipée par la résistance NOTA: Si votre résistance n'est pas en mesure de dissiper cette puissance alors elle chauffera puis se détruira. ou encore P = U² / R = (150 x 150) / 1. 500 = 22. 500 / 1. 500 = 15 W Second exemple: Quelle est la puissance P dissipée? P = U. I = 2 x 0, 05 = 0, 1 W R = U / I = 2 / 0, 05 = 40 Ω ou R = P / I² = 0, 1 / (0, 05 x 0, 05) = 0, 1 / 0, 0025 = 40 Ω ou encore R = U² / P = 2² / 0, 1 = 4 / 0, 1 = 40 Ω Vérifiez que vous avez bien assimilé cette leçon, c'est indispensable!
On le branche sur une résistance de 10 Ω. Quelle est la chaleur dégagée en 1 minute dans cette résistance? Rép. 3 A, 150 J. Exercice 3 On a deux petites lampes électriques sur lesquelles il est écrit 8 V, 1W. On dispose d'un accumulateur de 20 V dont la résistance intérieure est négligeable. On monte en série ces deux lampes, une résistance R et la source de courant. Calculez la valeur de R pour que les lampes fonctionnent normalement. Que vaut le rendement du système? Rép. 32 Ω, 80%. Exercice 4 Une plaque chauffante consomme 2400 W. Elle est branchée sur le réseau. Quelle est sa résistance? Combien de temps met-elle pour amener 10 litres d'eau de 10 à 100 °C si les pertes sont négligeables? Rép. 20. 17 Ω, 1571 s. Exercice 5 La capacité calorifique d'un fer à repasser est de 200 cal/°C. Son corps de chauffe a une résistance de 60 Ω. On suppose qu'il n'y a pas de perte de chaleur. Durant combien de temps ce fer doit-il être branché sur une tension de 220 V pour passer de 20 à 130 °C? Comment ce temps est-il modifié si le fer est branché sur une tension de 110 V?