🎛️ Le pont diviseur de tension : potentiomètre et capteurs
Ta manette de jeu ne connaît pas la position de ton joystick : elle lit une tension. Derrière, un montage de deux résistances qui partage la tension de la pile comme on partage un gâteau. Règle les parts, branche un capteur… puis un haut-parleur, et regarde la tension s'effondrer.
🧪 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
- Les deux résistances sont dessinées avec une longueur proportionnelle à leur valeur, comme deux morceaux d'une même piste résistive. À vide, le point milieu S est exactement à la même hauteur que sa tension sur la règle des potentiels : la tension E est partagée dans la même proportion que la longueur.
- Avec le potentiomètre, le curseur glisse le long de la piste : à vide, Us = α × E. C'est ce que lit la carte électronique d'un joystick ou d'un bouton de volume.
- Quand la température monte, la résistance de la CTN (en haut) diminue : elle prend une plus petite part de E, donc Us augmente. Le pont transforme une température (ou un éclairement) en une tension mesurable.
- Dès que tu fermes K, la charge Rch se met en dérivation sur R2 : la résistance du bas diminue, Us baisse (le repère « à vide » reste en pointillés). Avec un voltmètre numérique de 10 MΩ, on ne voit presque rien ; avec un haut-parleur de 8 Ω, la tension s'écroule.
- Les petits points jaunes montrent le courant : au point S, le courant I1 qui arrive se partage entre R2 et la charge (loi des nœuds).
Expériences à faire
- Prends R1 = R2 : quelle tension obtiens-tu ? Et si R2 est 3 fois plus grande que R1 ?
- Multiplie R1 et R2 par 1 000 : Us change-t-elle à vide ? Et quand le vieux voltmètre à aiguille est branché ?
- Avec le potentiomètre et une charge de 1 kΩ, la courbe Us(α) est-elle encore une droite ? Où s'écarte-t-elle le plus de la droite à vide ?
- Thermomètre : Us varie-t-elle autant entre 0 et 20 °C qu'entre 80 et 100 °C ? Que faudrait-il changer pour un thermomètre de four ?
- Pourquoi n'alimente-t-on jamais un haut-parleur avec un pont diviseur ? Regarde la puissance P gaspillée.
La physique derrière l'animation
- Pont diviseur à vide (aucun courant ne sort par S) : R1 et R2 sont en série, parcourues par I = E / (R1 + R2), d'où Us = E × R2 / (R1 + R2) (loi d'Ohm U2 = R2 × I).
- Loi des mailles : E = U1 + Us. La tension se partage proportionnellement aux résistances : U1 / Us = R1 / R2.
- Potentiomètre de résistance RP, curseur à la position α : R2 = α × RP, R1 = (1 − α) × RP, donc Us = α × E à vide. Capteurs : CTN R = R25 × eβ(1/T − 1/T25), photorésistance R = R10 × (Ev / 10 lux)−γ (modèles simplifiés).
- Avec une charge Rch en sortie : Réq = R2 × Rch / (R2 + Rch) et Us = E × Réq / (R1 + Réq), toujours plus petite qu'à vide. Le pont n'est presque pas perturbé si Rch ≫ R2 (au moins 10 fois plus grande).
- Loi des nœuds en S : I1 = I2 + Ich. Le pont consomme en permanence la puissance P = E × I1, dissipée par effet Joule : on l'utilise pour fabriquer une tension de mesure, pas pour alimenter un appareil.
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