Mesurer la dissipation de puissance dans les résistances : expérience pratique avec la loi de Joule

PIÈCES ET MATÉRIAUX

• Calculatrice (ou crayon et papier pour calculs arithmétiques)
• Pile 6 V
• Deux résistances ¼ watt : 10 Ω et 330 Ω (±5 % tolérance)
• Petit thermomètre (médical ou infrarouge)

Les valeurs exactes des résistances ne sont pas critiques ; maintenez-les dans ±5 % (±0,5 Ω pour le 10 Ω, ±16,5 Ω pour le 330 Ω). Les codes couleurs sont Marron-Noir-Noir-Or (10 Ω) et Orange-Orange-Marron-Or (330 Ω).

Seule une pile 6 V doit être utilisée. Le thermomètre doit être compact pour détecter le chauffage rapide.

RÉFÉRENCES CROISÉES

Lessons In Electric Circuits, Volume 1, Chapitre 2 : Ohm's Law

OBJECTIFS D'APPRENTISSAGE

• Utilisation d'un voltmètre, ampèremètre et ohmmètre
• Application de la loi de Joule pour calculer la puissance
• Comprendre les puissances nominales des composants
• Reconnaître les points électriquement communs dans un circuit

SCHÉMA

ILLUSTRATION

INSTRUCTIONS

1. Mesurez la résistance de chaque résistance avec un ohmmètre ; enregistrez les valeurs exactes.

2. Connectez la résistance 330 Ω à la pile 6 V avec des fils de liaison, en attachant les fils aux bornes de la résistance d'abord pour éviter de toucher un composant sous tension.

3. Avec le circuit alimenté, utilisez un voltmètre pour confirmer la tension de la pile aux bornes de la résistance. Comme la résistance et la pile partagent les mêmes deux nœuds, la tension aux bornes de la résistance égale la tension de la pile.

4. Mesurez le courant avec un ampèremètre inséré dans le chemin du circuit. Créez une coupure dans le fil, placez l'ampèremètre entre les bouts ouverts, et reconnectez le circuit.

5. Enregistrez tension, courant et résistance. Puis calculez la puissance en utilisant l'une des formes suivantes de la loi de Joule :

Avec une source 6,0 V et une résistance 330 Ω, la puissance attendue est 0,109 W (109 mW), confortablement sous la puissance nominale de 0,25 W de la résistance. La résistance devrait chauffer notablement mais pas surchauffer.

6. Touchez le thermomètre au centre de la résistance pour observer la montée en température.

PRATIQUE SÉCURITAIRE

En changeant de résistance, coupez le circuit avant d'installer la nouvelle résistance. Remplacez le 330 Ω par le 10 Ω et reconnectez. Le 10 Ω dissipe ~3,6 W — plus de 14 fois sa puissance nominale de 0,25 W — donc il chauffera rapidement. Éloignez-le des matériaux inflammables.

Si la résistance commence à fumer, coupez immédiatement le circuit, laissez-la refroidir, puis re-mesurez la résistance. Une résistance endommagée montre souvent une résistance plus haute, ce qui peut réduire le courant et la puissance, offrant un effet auto-protecteur.

FEUILLES DE TRAVAIL CONNEXES

• Feuille de travail Énergie, Travail et Puissance