📈 La caractéristique d'un dipôle
Chaque dipôle a sa « carte d'identité » : sa caractéristique I = f(U). Règle le générateur, relève tes mesures, et démasque la résistance mystère, la lampe qui s'échauffe, la diode qui fait sa difficile… et la DEL qui grille au moindre excès d'enthousiasme.
🧪 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
- Pour la résistance, les points s'alignent sur une droite qui passe par l'origine : I est proportionnelle à U, c'est un dipôle ohmique. La pente de la droite vaut 1/R.
- Pour la lampe, la courbe s'aplatit : en chauffant, le filament de tungstène devient plus résistant (il passe de 20 °C à plus de 2 000 °C !).
- La diode ne laisse presque rien passer tant que U reste sous sa tension de seuil (environ 0,7 V), puis le courant grimpe en flèche. En sens inverse (U négative), elle bloque.
- La DEL rouge fait pareil, mais avec un seuil vers 1,8 à 2 V. Elle s'allume dès que le courant passe… et elle grille au-delà de 30 mA.
- La résistance de protection Rp = 47 Ω limite le courant : sans elle, la diode et la DEL seraient détruites dès qu'on dépasse le seuil.
Expériences à faire
- Pour la résistance, mesure U et I pour trois réglages : le rapport U / I change-t-il ? Et pour la lampe ?
- Place des points pour des tensions négatives : la caractéristique de la résistance est-elle symétrique ? Et celle de la diode ?
- Pour la diode, entre 0 et 0,5 V, l'intensité est-elle vraiment nulle ou juste minuscule ?
- Avec la DEL, quelle tension E du générateur faut-il pour obtenir 20 mA ? Calcule-la avec E = Rp × I + U et vérifie.
- Choisis ✏️ Mon dipôle et une lampe 12 V ; 0,5 A : trace sa caractéristique, puis change Rp. La caractéristique dépend-elle du circuit ? Que se passe-t-il si tu dépasses largement sa tension nominale ?
La physique derrière l'animation
- Montage : l'ampèremètre se branche en série avec le dipôle, le voltmètre en dérivation à ses bornes (convention récepteur : U et I de même signe quand le dipôle reçoit de l'énergie).
- Loi d'Ohm pour un conducteur ohmique : U = R × I. Sa caractéristique est une droite passant par l'origine, de pente 1/R.
- Diode (loi de Shockley) : I = Is × (eU/(n·kT/e) − 1). En pratique : bloquée sous la tension de seuil (≈ 0,7 V pour le silicium, ≈ 1,9 V pour une DEL rouge), passante au-dessus.
- Lampe : la résistance du tungstène augmente avec la température (R ∝ T1,2) ; à chaud, R vaut ici 60 Ω, à froid environ 5 Ω.
- Loi des mailles dans le circuit : E = Rp × I + U. Le point de fonctionnement est l'intersection de la caractéristique du dipôle et de cette droite.
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