Un thermostat mesure la température, un lampadaire s’allume à la tombée de la nuit : ces systèmes utilisent des capteurs dont une grandeur électrique, souvent la résistance, varie avec une grandeur physique. Pour les exploiter, il faut connaître la caractéristique des dipôles et la loi d’Ohm.
Objectifs
- Tracer et exploiter la caractéristique tension-courant d’un dipôle
- Appliquer la loi d’Ohm U = R × I
- Décrire le fonctionnement d’une thermistance et d’une photorésistance
- Utiliser une courbe d’étalonnage pour mesurer une grandeur avec un capteur
1. Caractéristique d’un dipôle
La caractéristique d’un dipôle est la courbe représentant la tension U à ses bornes en fonction de l’intensité I du courant qui le traverse (ou l’inverse). On l’obtient en faisant varier la tension du générateur et en relevant les couples (I ; U), éventuellement avec un microcontrôleur.
- Pour un conducteur ohmique (résistance), la caractéristique est une droite passant par l’origine.
- Pour une lampe ou une DEL, la caractéristique n’est pas une droite : ces dipôles ne sont pas ohmiques.
2. La loi d’Ohm
U = R × I
Déterminer une résistance à partir de la caractéristique
- La caractéristique passe par l’origine et par le point (I = 20 mA ; U = 4,4 V).
- I = 20 mA = 0,020 A
- R = U / I = 4,4 / 0,020 = 220 Ω
R est le coefficient directeur de la droite U = f(I).
3. Capteurs résistifs
Capteur : Dispositif qui convertit une grandeur physique (température, éclairement, pression…) en une grandeur électrique mesurable (résistance, tension…).
| Capteur | Grandeur détectée | Comportement |
|---|---|---|
| Thermistance CTN | Température | sa résistance diminue quand la température augmente |
| Photorésistance (LDR) | Éclairement | sa résistance diminue quand l’éclairement augmente |
On mesure la résistance du capteur avec un ohmmètre, ou on l’insère dans un circuit et on mesure une tension, que peut lire un microcontrôleur.
4. Étalonner un capteur
- On place le capteur dans des conditions connues (températures mesurées avec un thermomètre de référence, par exemple).
- On relève la grandeur électrique pour chaque valeur : on trace la courbe d’étalonnage (ex. : R en fonction de θ).
- Pour une mesure, on relève la grandeur électrique et on lit sur la courbe la valeur de la grandeur physique correspondante.
Lecture d’une courbe d’étalonnage de CTN
Si la courbe indique R = 10 kΩ à 25 °C et R = 4 kΩ à 50 °C, une résistance mesurée de 6 kΩ correspond à une température comprise entre 25 °C et 50 °C, que l’on lit précisément sur la courbe.
À retenir
- Caractéristique : courbe U = f(I) d’un dipôle.
- Conducteur ohmique : droite passant par l’origine, U = R × I.
- R en Ω, U en V, I en A (convertir les mA).
- CTN : R diminue quand θ augmente ; LDR : R diminue quand l’éclairement augmente.
- Un capteur s’utilise avec sa courbe d’étalonnage.
Et maintenant, à toi !
Vérifie que tu as compris avec les exercices, puis révise avec la fiche.