Dissipation de puissance

PIÈCES ET MATÉRIAUX

• Calculatrice (ou crayon et papier pour faire de l'arithmétique)
• Batterie 6 volts
• Deux résistances 1/4 watt :10  et 330 .
• Petit thermomètre

Les valeurs de résistance n'ont pas besoin d'être exactes, mais dans les cinq pour cent des chiffres spécifiés (+/- 0,5 pour la résistance de 10  ; +/- 16,5 pour la résistance de 330 ).

Les codes de couleur pour les résistances 10 et 330 à tolérance de 5 % sont les suivants :marron, noir, noir, or (10, +/- 5 %) et orange, orange, marron, or (330, +/- 5 %) .

N'utilisez pas de batterie d'une autre taille que 6 volts pour cette expérience.

Le thermomètre doit être aussi petit que possible, pour faciliter la détection rapide de la chaleur produite par la résistance.

Je recommande un thermomètre médical, du type utilisé pour prendre la température corporelle.

REFERENCES CROISEES

Leçons En Circuits Électriques , Volume 1, chapitre 2 :« La loi d'Ohm »

OBJECTIFS D'APPRENTISSAGE

• Utilisation du voltmètre
• Utilisation de l'ampèremètre
• Utilisation de l'ohmmètre
• Utilisation de la loi de Joule
• Importance des puissances nominales des composants
• Importance des points communs électriquement

SCHÉMA SCHÉMA

ILLUSTRATION

INSTRUCTIONS

Mesurez la résistance de chaque résistance avec votre ohmmètre, en notant les valeurs exactes sur un morceau de papier pour référence ultérieure.

Connectez la résistance de 330 Ω à la batterie de 6 volts à l'aide d'une paire de fils volants comme indiqué sur l'illustration.

Connectez les fils de liaison aux bornes de la résistance avant connecter les autres extrémités à la batterie.

Cela garantira que vos doigts ne touchent pas la résistance lorsque l'alimentation de la batterie est appliquée.

Vous vous demandez peut-être pourquoi je déconseille tout contact corporel avec la résistance alimentée. C'est parce qu'il deviendra chaud lorsqu'il est alimenté par la batterie.

Vous utiliserez le thermomètre pour mesurer la température de chaque résistance lorsqu'elle est alimentée.

Avec la résistance de 330 Ω connectée à la batterie, mesurez la tension avec un voltmètre.

En mesurant la tension, il existe plusieurs façons d'obtenir une lecture correcte.

La tension peut être mesurée directement aux bornes de la batterie ou directement aux bornes de la résistance.

La tension de la batterie est la même que la tension de la résistance dans ce circuit, car ces deux composants partagent le même ensemble de points électriques communs :un côté de la résistance est directement connecté à un côté de la batterie et l'autre côté de la résistance est directement connecté de l'autre côté de la batterie.

Tous les points de contact le long du fil supérieur dans l'illustration (de couleur rouge) sont électriquement communs les uns aux autres.

Tous les points de contact le long du fil inférieur (de couleur noire) sont également électriquement communs les uns aux autres.

La tension mesurée entre n'importe quel point du fil supérieur et n'importe quel point du fil inférieur doit être la même.

Tension mesurée entre deux points communs , cependant, doit être égal à zéro.

À l'aide d'un ampèremètre, mesurez le courant dans le circuit. Encore une fois, il n'y a pas une seule façon « correcte » de mesurer le courant, tant que l'ampèremètre est placé dans le chemin d'écoulement d'électrons à travers la résistance et non à travers une source de tension.

Pour ce faire, faites une coupure dans le circuit, et placez l'ampèremètre à l'intérieur cette rupture :connectez les deux sondes de test aux deux extrémités des fils ou des bornes laissées ouvertes par la rupture. Une option viable est illustrée dans l'illustration suivante :

Maintenant que vous avez mesuré et enregistré la résistance de la résistance, la tension du circuit et le courant du circuit, vous êtes prêt à calculer la puissance dissipation.

Alors que la tension est la mesure de la « poussée » électrique motivant les électrons à se déplacer dans un circuit et que le courant est la mesure du débit d'électrons, la puissance est la mesure du taux de travail :à quelle vitesse le travail est effectué dans le circuit.

Il faut une certaine quantité de travail pour pousser les électrons à travers une résistance, et la puissance est une description de la façon dont rapidement ce travail est en cours.

Dans les équations mathématiques, la puissance est symbolisée par la lettre "P" et mesurée dans l'unité du Watt (W).

La puissance peut être calculée par l'une des trois équations - collectivement appelées loi de Joule - étant donné deux des trois quantités de tension, de courant et de résistance :

Essayez de calculer la puissance dans ce circuit, en utilisant les trois valeurs mesurées de tension, de courant et de résistance.

Quelle que soit la façon dont vous le calculez, le chiffre de dissipation de puissance devrait être à peu près le même.

En supposant une batterie de 6 000 volts et une résistance d'exactement 330 Ω, la dissipation de puissance sera de 0,1090909 watts, ou 109,0909 milliwatts (mW), pour utiliser un préfixe métrique.

Étant donné que la résistance a une puissance nominale de 1/4 watt (0,25 watt ou 250 mW), elle est plus que capable de maintenir ce niveau de dissipation de puissance.

Étant donné que le niveau de puissance réel est presque la moitié de la puissance nominale, la résistance devrait devenir sensiblement chaude mais elle ne devrait pas sur chaleur.

Touchez l'extrémité du thermomètre au milieu de la résistance et voyez à quel point il fait chaud.

La puissance nominale d'un composant électrique ne nous dit pas quelle puissance il va dissiper, mais simplement combien de puissance il peut se dissiper sans subir de dommages.

Si la quantité réelle de puissance dissipée dépasse la puissance nominale d'un composant, ce composant augmentera la température au point de l'endommager.

Pour illustrer, déconnectez la résistance de 330 et remplacez-la par la résistance de 10 . Encore une fois, évitez de toucher la résistance une fois le circuit terminé, car elle chauffera rapidement.

Le moyen le plus sûr de le faire est de déconnecter un cavalier d'une borne de batterie, puis de déconnecter la résistance de 330 Ω des deux pinces crocodiles, puis de connecter la résistance de 10 entre les deux pinces, et enfin de reconnecter le cavalier à la batterie borne.

Attention :éloignez la résistance de 10 Ω de tout matériau inflammable lorsqu'elle est alimentée par la batterie !

Vous n'aurez peut-être pas assez de temps pour prendre des mesures de tension et de courant avant que la résistance ne commence à fumer.

Au premier signe de détresse, déconnectez l'un des cavaliers d'une borne de batterie pour interrompre le courant du circuit, et laissez la résistance refroidir quelques instants.

Avec l'alimentation toujours déconnectée, mesurez la résistance de la résistance avec un ohmmètre et notez tout écart substantiel par rapport à sa valeur d'origine.

Si la résistance mesure toujours à +/- 5% de sa valeur annoncée (entre 9,5 et 10,5 Ω), reconnectez le cavalier et laissez-le fumer un peu plus.

Quelle tendance remarquez-vous avec la valeur de la résistance car elle est de plus en plus endommagée par la surpuissance ?

Il est typique que les résistances tombent en panne avec une résistance supérieure à la normale en cas de surchauffe.

Il s'agit souvent d'un mode de défaillance auto-protecteur, car une résistance accrue entraîne moins de courant et (généralement) moins de dissipation de puissance, ce qui le refroidit à nouveau. Cependant, la valeur de résistance normale de la résistance ne reviendra pas si elle est suffisamment endommagée.

En effectuant à nouveau quelques calculs de la loi de Joule pour la puissance de la résistance, nous constatons qu'une résistance de 10 Ω connectée à une batterie de 6 volts dissipe environ 3,6 watts de puissance, environ 14,4 fois sa puissance dissipée nominale. Pas étonnant qu'il fume si vite après connexion à la batterie !

FICHES DE TRAVAIL CONNEXES :

• Fiche de travail sur l'énergie, le travail et la puissance