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Publié : 4 mai 2009

Chapitre 1 : L’intensité une grandeur électrique issue de la mesure

Chapitre 1 : L'intensité une grandeur électrique issue de la mesure

Note préliminaire : Les expériences ne doivent pas être réalisées avec le courant du secteur pour des raisons de sécurité. Les expériences décrites ci-dessous sont réalisées dans les salles de sciences du collège par les élèves lors des séances d'activités expérimentales avec du matériel prévu pour ce type de manipulations.

1. Situation-problème
1.1 Activité expérimentale
Réalisons le circuit électrique correspondant au schéma normalisé représenté ci-dessous :
Figure 1 : Schéma normalisé du circuit n°1

Le circuit électrique obtenu est présenté sur la photographie ci-dessous :
Photographie n°1 : Circuit n°1

NB : La couleur des fils de connexion utilisés n'a pas d'incidence sur le fonctionnement du circuit électrique.

Ajoutons à ce circuit électrique une deuxième lampe identique à la première de manière à ce que les deux lampes soient situées dans la même boucle (montage en série). Représentons alors ci-dessous le schéma normalisé du circuit obtenu :
Figure 2 : Schéma normalisé du circuit n°2

Photographie n°2 : Circuit n°2


Que remarquez-vous ?
Nous remarquons que la luminosité des deux lampes de ce montage est plus faible que celle de la lampe du montage précédent.

Ajoutons à ce circuit électrique une troisième lampe identique aux deux autres de manière à ce que les trois lampes soient situées dans la même boucle (montage en série). Représentons encore une fois le schéma normalisé du circuit électrique obtenu :
Figure 3 : Schéma normalisé du circuit n°3

Photographie n°3 : Circuit n°3


Que remarquez-vous ?
Nous remarquons que la luminosité des trois lampes de ce montage est plus faible que celle des deux lampes du montage précédent.

1.2 Formulation d'hypothèses explicatives

Hypothèse 1 : Le courant se partage entre les différentes lampes.

Hypothèse 2 : Les lampes consomment le courant.

Hypothèse 3 : Plus le nombre de lampes augmente plus le courant électrique a du mal à circuler.

1.3 Introduction d'une grandeur électrique pour expliquer les observations précédentes
Considérons le circuit électrique correspondant au schéma normalisé n°1. Introduisons dans ce circuit l'appareil de mesure en respectant les consignes données par l'enseignant à l'aide du diaporama. Notons ci-dessous la valeur indiquée par cet appareil de mesure :

I=255 mA

Photographie n°4 : Mesure n°1


Ajoutons ensuite une deuxième lampe à ce circuit afin d'obtenir le circuit électrique correspondant au schéma normalisé n°2. Notons ci-dessous la valeur indiquée par cet appareil de mesure après ajout de la deuxième lampe :
I=172 mA

Photographie n°5 : Mesure n°2

Ajoutons enfin une troisième lampe à ce circuit afin d'obtenir le circuit électrique correspondant au schéma normalisé n°3. Notons ci-dessous la valeur indiquée par cet appareil de mesure après ajout de la troisième lampe :
I=137 mA

Photographie n°6 : Mesure n°3

Selon vous que mesure cette grandeur ?
Cette grandeur semble mesurer la quantité de courant qui traverse le circuit électrique.

2. Intensité d'un courant électrique

L'intensité est une des grandeurs physiques permettant de caractériser un courant électrique. Elle peut être comparée à la quantité d'eau qui s'écoule dans une rivière par unité de temps c'est à dire au débit de l'écoulement.

L'intensité d'un courant électrique s'exprime en ampère (symbole : A). L'appareil permettant donc de mesurer cette intensité électrique se nomme ampèremètre.

L'intensité est notée I.On désigne par exemple l'intensité débitée par un générateur par la notation Igénérateur.

3. Mesure de l'intensité d'un courant continu

L'intensité d'un courant électrique se mesure avec un ampèremètre dont le symbole normalisé est :
Figure 4 : Symbole normalisé de l'ampèremètre

L'ampèremètre se branche en série.
En pratique, pour mesurer l'intensité d'un courant électrique nous utiliserons un appareil polyvalent (multifonction) nommé multimètre numérique.
Cet appareil sera utilisé sur sa fonction ampèremètre en courant continu.

4. Mesure de l'intensité d'un courant continu avec un multimètre numérique

Photographie n°7 : Multimètre numérique

4.1 Branchement des fils
    Pour utiliser le multimètre en ampèremètre :
  • ouvrez le circuit à l'endroit où vous voulez mesurer l'intensité,
  • branchez la borne libre du circuit qui est du côté de la borne positive du générateur sur borne 10A du multimètre,
  • branchez l'autre borne libre du circuit sur la borne COM du multimètre,
  • placez ensuite le sélecteur de fonction (bouton central) sur le calibre 10 A.
Si la valeur indiquée par le multimètre est supérieure à la valeur maximale admissible par l'entrée mA, le calibre 10 A est le calibre adapté à cette mesure.
Si la valeur indiquée par le multimètre est inférieure à la valeur maximale admissible par l'entrée mA , il faut placer le fil rouge sur la borne mA.

4.2 Position du sélecteur de fonction et détermination du meilleur calibre
Pour l'entrée 10 A, il n'y a qu'un seul calibre. Pour l'entrée mA, utiliser au départ le plus grand calibre (ici 2000 mA) et effectuer la recherche du meilleur calibre afin d'obtenir la mesure la plus précise de votre intensité.

4.3 Réalisation d'une mesure

Réalisons le circuit série dont le schéma normalisé est donné ci-dessous :
Figure 5 : Schéma normalisé du circuit

On veut mesurer l'intensité du courant circulant entre la borne positive du générateur et l'interrupteur. Pour cela, remplacez le fil reliant ces deux dipôles par l'ampèremètre. En l'absence d'information sur la valeur de l'intensité à mesurer, vous utiliserez dans un premier temps l'entrée 10 A.
Photographie n°8 : Mesure n°4

Photographie n°9 : Agrandissement du multimètre lors de la mesure n°4


Photographie n°10 : Mesure n°5

Photographie n°11 : Agrandissement du multimètre lors de la mesure n°5

Photographie n°12 : Mesure n°6

Photographie n°13 : Agrandissement du multimètre lors de la mesure n°6

Photographie n°14 : Mesure n°7

Photographie n°15 : Agrandissement du multimètre lors de la mesure n°7

5. Loi de l'intensité pour les circuits en série

5.1 Expérience n°1

Photographie n°16 : Circuit électrique de l'expérience 1


Tableau 1: Intensités mesurées dans l'expérience 1
Position de l'ampèremètre
Calibre utilisé
Intensité mesurée
avec unité
Position 1
200 mA
166,6 mA
Position 2
200 mA
166,3 mA
Position 3
200 mA
166,9 mA

Comparez ces trois intensités :
Nous constatons qu'aux incertitudes de mesure près ces trois intensités sont égales.

5.2 Expérience n°2

Photographie n°17 : Circuit électrique de l'expérience 2

Tableau 2: Intensités mesurées dans l'expérience 2
Position de l'ampèremètre
Calibre utilisé
Intensité mesurée
avec unité
Position 1
2000 mA
243 mA
Position 2
2000 mA
243 mA
Position 3
2000 mA
243 mA

Comparez ces trois intensités :
Nous constatons qu'aux incertitudes de mesure près ces trois intensités sont égales.

5.3 Expérience n°3

Photographie n°18 : Circuit électrique de l'expérience 3

Tableau 3: Intensités mesurées dans l'expérience 3
Position de l'ampèremètre
Calibre utilisé
Intensité mesurée
avec unité
Position 1
200 mA
168,4 mA
Position 2
200 mA
168,8 mA
Position 3
200 mA
168,1 mA
Position 4
200 mA
168,7 mA

Comparez ces quatre intensités :
Nous constatons qu'aux incertitudes de mesure près ces quatre intensités sont égales.

5.4 Expérience n°4

Photographie n°19 : Circuit électrique de l'expérience 4

Tableau 4: Intensités mesurées dans l'expérience 4
Position de l'ampèremètre
Calibre utilisé
Intensité mesurée
avec unité
Position 1
200 mA
175,1 mA
Position 2
200 mA
175,9 mA
Position 3
200 mA
175,5 mA
Position 4
200 mA
175,4 mA

Comparez ces quatre intensités :
Nous constatons qu'aux incertitudes de mesure près ces quatre intensités sont égales.

5.5 Expérience n°5

Photographie n°20 : Circuit électrique de l'expérience 5

Tableau 5: Intensités mesurées dans l'expérience 5
Position de l'ampèremètre
Calibre utilisé
Intensité mesurée
avec unité
Position 1
2000 mA
260 mA
Position 2
2000 mA
261 mA
Position 3
2000 mA
259 mA
Position 4
2000 mA
259 mA

Comparez ces quatre intensités :
Nous constatons qu'aux incertitudes de mesure près ces quatre intensités sont égales.

5.6 Conclusion : Loi de l'intensité pour les circuits en série

Pour tous les circuits électriques précédents, nous constatons qu'aux incertitudes de mesure près les intensités mesurées sont égales.

L'intensité du courant électrique circulant dans un circuit en série est la même partout. On dit que dans un circuit en série il y a unicité de l'intensité.

En d'autres termes, l'intensité du courant circulant dans un circuit en série est unique.


6. Loi de l'intensité pour des circuits comportant une dérivation

6.1 Expérience n°6

Photographie n°21 : Circuit électrique de l'expérience 6

Tableau 6: Intensités mesurées dans l'expérience 6
Position de l'ampèremètre
Calibre utilisé
Intensité mesurée
avec unité
Position 1
2000 mA
399 mA
Position 2
2000 mA
308 mA
Position 3
2000 mA
91 mA
Position 4
2000 mA
91 mA
Position 5
2000 mA
399 mA

6.2 Expérience n°7

Photographie n°22 : Circuit électrique de l'expérience 7


Tableau 7: Intensités mesurées dans l'expérience 7
Position de l'ampèremètre
Calibre utilisé
Intensité mesurée
avec unité
Position 1
2000 mA
303 mA
Position 2
2000 mA
252 mA
Position 3
2000 mA
51 mA
Position 4
2000 mA
51 mA
Position 5
2000 mA
303 mA


6.3 Conclusion : Loi de l'intensité pour les circuits comportant une dérivation

Pour tous les circuits électriques précédents, nous constatons qu'aux incertitudes de mesure près : I1=I2+I3

L'intensité du courant électrique circulant dans la branche principale est égale à la somme des intensités circulant dans les branches secondaires.

On dit que dans un circuit comportant des dérivations il y a additivité des intensités.

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