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Loi d'Ohm pour un circuit fermé – résistance interne

PhysiqueÉlectricité et circuits16–17 ansLaboratoire virtuel

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Un circuit fermé formé d’une source (f.é.m. E, résistance interne r) et d’un rhéostat R. Faites glisser le curseur directement sur le schéma pour voir varier I = E/(R + r), la tension aux bornes U = IR = E − rI, la puissance P = RI² et le rendement H = U/E ; la courbe P(R) montre que la puissance extérieure est maximale quand R = r. L’écran TP f.é.m. est la manipulation : lisez un voltmètre et un ampèremètre avec de vraies incertitudes et tracez U en fonction de I pour trouver E et r. L’écran Potentiomètre compare deux f.é.m. et mesure la résistance interne avec un fil potentiométrique.

Leçon : Source, force électromotrice, résistance interne ; loi d’Ohm pour un circuit complet ; puissance et rendement d’une source ; TP : f.é.m. et résistance interne d’une pile ; potentiomètre

Ce qu’elle montre

Une source réelle, comme une pile, possède une f.é.m. E et une résistance interne r. Le courant vaut I = E/(R + r), donc la tension aux bornes baisse quand le courant augmente : U = E − rI. La puissance extérieure RI² est maximale pour R = r, avec un rendement de seulement 50 %. Le TP ajoute les incertitudes des appareils : il faut donc tracer la droite U(I) la plus proche des points, dont l’ordonnée à l’origine est E et la pente −r. Le potentiomètre mesure une tension sans prélever de courant à la pile à l’équilibre : il compare directement des f.é.m.

Mode d’emploi

Sur Circuit, réglez Force électromotrice E et Résistance interne r puis faites glisser le rhéostat sur le schéma. Sur TP f.é.m., choisissez la Pile étudiée, cliquez sur Fermer l’interrupteur, faites varier Résistance de charge R et cliquez sur Enregistrer la mesure à chaque réglage, puis cochez Afficher la droite d’ajustement. Sur Potentiomètre, choisissez l’Expérience, amenez le curseur au point d’équilibre (sur le fil ou avec Position du curseur l) et enregistrez les longueurs.

Paramètres modifiables

  • Force électromotrice E 1–24 V
  • Résistance interne r 0,1–5 Ω
  • Résistance extérieure R 0,1–20 Ω
  • Écran Circuit, TP f.é.m., Potentiomètre
  • Pile étudiée (TP f.é.m.) Pile A, Batterie B (deux piles), Pile C (très usagée), E et r de l’écran Circuit
  • Expérience au potentiomètre Comparer deux f.é.m., Résistance interne

Questions à explorer

  1. Pourquoi la tension aux bornes d’une pile baisse-t-elle quand le courant débité augmente ?
  2. Sur la caractéristique U(I), que vous apprennent l’ordonnée à l’origine et la pente ?
  3. Pourquoi un potentiomètre à l’équilibre mesure-t-il la f.é.m. et non la tension aux bornes ?

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