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Caractéristique U = f (I) de dipôles
1) Caractéristique
d'une lampe à incandescence
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Le filament d'un lampe à incandescence est en
tungstène. (Il existe des lampes à filament de carbone utilisées
pour des expériences de laboratoire)
La courbe caractéristique U = f(I) d'une lampe à incandescence n'est
pas une droite passant par l'origine comme celle du résistor.
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La différence de température du filament entre la valeur initiale
(0V) et la valeur finale (9,5V) est très importante, ce qui explique que
le filament ne se comporte pas comme un conducteur ohmique.
La résistance de la lampe étudiée varie de 13,9 ohms à froid
jusqu'à 71,3 ohms à chaud. (Voir le tableau ci-dessous)
Tous les fils métalliques ont un telle caractéristique U=f(I) si leur
température varie: Leur résistance électrique augmente avec la
température
Par contre, si la température ne varie pas de manière
appréciable, les métaux et les alliages métalliques sont des
conducteurs ohmiques. |
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| I(A) |
U
(V) |
U/I |
| 0,000 |
0,00 |
? |
| 0,018 |
0,25 |
13,9 |
| 0,035 |
0,88 |
25,1 |
| 0,051 |
1,72 |
33,7 |
| 0,058 |
2,16 |
37,2 |
| 0,066 |
2,72 |
41,2 |
| 0,080 |
3,76 |
47,0 |
| 0,089 |
4,72 |
53,0 |
| 0,095 |
5,28 |
55,6 |
| 0,103 |
6,08 |
59,0 |
| 0,108 |
6,64 |
61,5 |
| 0,115 |
7,48 |
65,0 |
| 0,119 |
7,88 |
66,2 |
| 0,124 |
8,51 |
68,6 |
| 0,129 |
9,20 |
71,3 |
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Caractéristique d'une lampe obtenue par ExAO. Le
tableau de mesure a été importé dans un tableur.
Une courbe de tendance polynomiale a été ajoutée.
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Remarque: Un résistor aggloméré ou à couches de
carbone résiste mal à la chaleur, mais si on le maltraite en dépassant
la puissance nominale, sa caractéristique s'incurve dans l'autre sens (la
résistance diminue avec la température). Il en est de même pour une
lampe à filament de carbone. |
2) Caractéristique d'une diode à
jonction PN
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Une diode a la propriété de laisser passer le courant dans
un sens (diode passante) et de l'arrêter dans l'autre sens (diode bloquée).
Une étude approximative semble montrer que la diode se comporte comme
un fil de résistance négligeable quand elle est passante et comme un
interrupteur ouvert quand elle est bloquée.
La réalité est un peu différente. La caractéristique U= f(I) nous
le montre:
La diode n'est passante que lorsque la tension dépasse un seuil (environ
0,6V pour une diode au silicium).
La tension aux bornes de la diode passante varie très peu en fonction
de l'intensité.
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Contrairement au résistor ou à la lampe, la
caractéristique de la diode n'est pas symétrique par rapport à
l"origine.
On dit que le résistor et la lampe sont des dipôles
symétriques alors que la diode est un dipôle
asymétrique |
3) Caractéristique d'un
générateur
de tension continue.
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On reconnaît un générateur de tension à sa particularité de
posséder une tension à ses bornes lorsqu'il est isolé, sans circuit
extérieur, c'est-à-dire en l'absence de courant. Cette tension
constitue sa force
électromotrice E.
Lorsque qu'une pile débite du courant, la tension à ses bornes diminue
progressivement. |
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La caractéristique est pratiquement une droite d'équation:
U = E -
r I
E est la force électromotrice ou tension à
vide.
r
est la résistance interne de la pile . Plus cette résistance
est importance et plus la chute de tension est grande lorsque
l'intensité augmente.
Les accumulateurs ont une résistance interne beaucoup plus faible
que les piles, leur tension est pratiquement indépendante de
l'intensité.
La caractéristique U = f (I) est une droite horizontale.
La caractéristique d'un générateur ne passe pas par l'origine
(existence d'une tension en l'absence de courant).
Les générateurs sont des dipôles
actifs
Les résistors, les lampes, les diodes sont des dipôles
passifs
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3)
Utilisation des courbes
caractéristiques: Point de fonctionnement
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Exemple: Une lampe 6V - 0,1A est branchée aux bornes d'une
pile de force électromotrice E = 6V et de résistance interne
r=15 .
Comment
connaître la tension aux bornes de la lampe et l'intensité du courant qui la
traverse?
Comme on ignore l'équation de la caractéristique de la lampe, il faut
résoudre le problème graphiquement.
On trace sur le même graphique la caractéristique de la pile dont
l'équation est U = -15 I + 6 et celle de
la lampe.
L'intersection des deux courbes indique le point de
fonctionnement: (88mA - 4,7V)
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