Fiche enseignant · 15–16 ans · environ 45–50 minutes
Intensité, tension, résistance et puissance
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Objectifs
- Utiliser I = ΔQ/Δt et distinguer le sens conventionnel du courant et le déplacement des électrons.
- Appliquer U = R·I et les règles des résistances en série et en dérivation.
- Calculer une puissance (P = UI, RI², U²/R) et une énergie en J et en kWh.
- Étudier la résistance d'un fil et évaluer la méthode.
Déroulement
| Durée | Activité |
|---|---|
| 5 min | Accroche : pourquoi un chargeur de téléphone indique-t-il 5 V, 2 A ? Quelle est sa puissance ? |
| 10 min | Lire le texte ; un exemple de loi d'Ohm et un exemple en dérivation. |
| 25 min | TP résistance d'un fil par deux. |
| 5 min | Tracer R en fonction de L ; discuter de l'échauffement et de la résistance de contact. |
| 5 min | Quiz, ou Calculatrice de circuits comme devoir. |
Matériel pour l'expérience
- Environ 1,2 m de fil résistant fin en constantan ou en nichrome, fixé le long d'une règle d'un mètre
- Une alimentation continue basse tension ou un bloc de piles (3 V max.) et un interrupteur
- Un ampèremètre et un voltmètre (ou deux multimètres)
- Des cordons à pinces crocodiles
- En option : une résistance fixe pour protéger le circuit
Sécurité: Basse tension uniquement (3 V max.). Le fil résistant peut chauffer pour les petites longueurs : coupez le courant entre les mesures et ne touchez pas le fil pendant que le courant passe. Ne branchez jamais le fil directement sur l'alimentation sans l'ampèremètre et l'interrupteur.
Idées fausses fréquentes
| Les élèves peuvent penser… | En réalité… |
|---|---|
| Le courant s'use en faisant le tour du circuit. | Le courant est le même partout dans une boucle en série ; c'est de l'énergie qui est transférée aux composants. |
| Ajouter des résistances en dérivation augmente la résistance totale. | Cela la diminue : il y a plus de chemins pour le courant. |
| Le kWh est une unité de puissance. | C'est une unité d'énergie : 3,6 × 10⁶ J. |
Corrigé de la fiche
- U = R·I. I = 9 / 47 ≈ 0,19 A.
- Série : 50 Ω. Dérivation : 1/Rp = 1/20 + 1/30 = 5/60, donc Rp = 12 Ω.
- E = 0,06 kW × 150 h = 9 kWh ; 9 × 0,30 € = 2,70 €.
- Une droite passant (à peu près) par l'origine : R ∝ L. Erreurs : échauffement du fil (couper le courant entre les mesures), résistance de contact aux pinces, lecture de la longueur jusqu'au bord de la pince.
Corrigé du quiz
- Une charge de 30 C passe en un point en 10 s. L'intensité est de… 3 A. I = ΔQ/Δt = 30/10 = 3 A.[1]
- Une pile de 6 V fait passer 0,5 A dans une résistance. Sa résistance est de… 12 Ω. R = U/I = 6/0,5 = 12 Ω.[2]
- Deux résistances de 10 Ω en dérivation ont une résistance totale de… 5 Ω. 1/Rp = 1/10 + 1/10 = 1/5.[3]
- Une bouilloire consomme 10 A sur le secteur à 230 V. Sa puissance est de… 2300 W. P = U·I = 230 × 10 = 2300 W.[4]
- Un radiateur de 2 kW fonctionne pendant 3 heures. L'énergie consommée est de… 6 kWh. E = P·t = 2 kW × 3 h = 6 kWh.[4]
- Dans un fil métallique, les électrons se déplacent… dans le sens opposé au sens conventionnel du courant. Le sens conventionnel est celui dans lequel se déplacerait une charge positive.[1]
Pour aller plus loin
Recommence avec un fil plus épais du même matériau. Prédis puis teste comment la section du fil influence R.
Sources utilisées dans cette leçon
- [1] College Physics 2e AP, 20.1 Current (OpenStax, Rice University): fiabilité Élevée
- [2] College Physics 2e, 20.2 Ohm's Law: Resistance and Simple Circuits (OpenStax, Rice University): fiabilité Élevée
- [3] College Physics 2e, 21.1 Resistors in Series and Parallel (OpenStax, Rice University): fiabilité Élevée
- [4] College Physics, 20.4 Electric Power and Energy (OpenStax, Rice University): fiabilité Élevée
- [5] College Physics 2e AP, 18.2 Conductors and Insulators (OpenStax, Rice University): fiabilité Élevée
Liste complète avec liens et une note sur la fiabilité de chaque source: echoesof.science/school/fr/electricity/sources/
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