🌡️ Les capteurs résistifs : CTN et photorésistance
Ton thermomètre de cuisine et la veilleuse qui s'allume toute seule le soir ont un secret commun : une résistance qui change d'humeur selon la température ou la lumière. Plonge une thermistance dans l'eau chaude, trace sa courbe d'étalonnage, démasque la température d'un bécher mystère… puis apprends à une veilleuse à reconnaître la tombée de la nuit.
🧪 Mode d'emploi : règle les curseurs (à droite, ou sous l'animation sur téléphone), lance avec ▶, observe les mesures et relève les 🎯 défis. Le bouton ⛶ agrandit l'animation, idéal sur téléphone à l'horizontale.
Ce que tu vois
- La résistance de la CTN (coefficient de température négatif) diminue quand la température augmente : environ 34 kΩ à 0 °C, 10 kΩ à 25 °C et 0,7 kΩ à 100 °C. La courbe d'étalonnage n'est pas une droite.
- La sonde met un petit moment à prendre la température de l'eau : un point mesuré trop tôt tombe à côté de la courbe.
- La résistance de la photorésistance (LDR) diminue quand l'éclairement augmente : plusieurs centaines de kilo-ohms dans le noir, quelques dizaines d'ohms en plein soleil. Il faut des échelles logarithmiques pour tout voir.
- Dans le pont diviseur, la tension de sortie Us traduit la grandeur mesurée : c'est elle qu'un microcontrôleur peut lire. La veilleuse s'allume dès que Us dépasse le seuil.
Expériences à faire
- La résistance de la CTN varie-t-elle plus vite entre 0 et 20 °C ou entre 80 et 100 °C ? Quelle conséquence sur la précision du thermomètre ?
- Passe au pont diviseur : la courbe Us = f(θ) est-elle plus proche d'une droite que R = f(θ) ? Avec ✏️ Mes valeurs, quelle résistance fixe la rend la plus droite autour de 25 °C ?
- Pourquoi ne peut-on pas utiliser le bécher mystère pour étalonner le capteur ?
- Que se passe-t-il si tu règles le seuil de la veilleuse trop haut, ou trop bas ? Vérifie avec la journée accélérée.
- Combien de fois la résistance de la LDR est-elle divisée quand l'éclairement est multiplié par 10 ?
La physique derrière l'animation
- Un capteur convertit une grandeur physique (température, éclairement…) en une grandeur électrique. Sa courbe d'étalonnage relie les deux : on la trace avec des valeurs connues, puis on s'en sert pour mesurer une valeur inconnue.
- Modèle de la CTN : R = R25 × eβ (1/T − 1/T25), avec R25 = 10 kΩ, T25 = 298,15 K, β = 3 950 K et T en kelvins (T = θ + 273,15).
- Modèle de la LDR : R ≈ 15 kΩ × (E / 10 lux)−0,75, limitée à environ 1 MΩ dans le noir. Repères : nuit noire 0,1 lux, tombée de la nuit 10 lux, bureau 300 lux, plein soleil 100 000 lux.
- Pont diviseur de tension : Us = E × Rbas / (Rhaut + Rbas), avec E = 5 V et une résistance fixe de 10 kΩ. Avec la CTN en haut, Us augmente avec la température ; avec la LDR en bas, Us augmente quand il fait sombre.
- Loi d'Ohm pour un conducteur ohmique : U = R × I. L'ohmmètre mesure directement R en faisant passer un petit courant connu dans le capteur.
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