Une lampe commutée : dissipation de puissance dans une ampoule
1 · Prédire
Une pile 9 V allume une ampoule grâce à un interrupteur fermé. Si vous remplacez une ampoule avec une résistance inférieure, est-ce qu'elle brille plus ou moins bien ?
- Une ampoule à faible résistance brille plus faiblement.
- Une ampoule à faible résistance consomme plus de courant et dissipe plus de puissance – elle brille plus fort.
- La luminosité ne dépend pas de la résistance de l'ampoule.
2 · Configurer
- Ouvrez le préréglage de lampe commutée et appuyez sur Réinitialiser. L'interrupteur démarre fermé, donc la batterie 9 V allume la lampe.
- Activez la lecture de la puissance sur la lampe.
- Réglez la résistance de la lampe pour chaque essai et enregistrez la puissance dissipée.
3 · Collecter les données
| Résistance de l'ampoule R (Ω) | Courant I (mA) | Puissance dissipée P (W) |
|---|---|---|
| 50.00 | ||
| 100.00 | ||
| 150.00 |
Tracez la puissance P (axe des y) en fonction de 1/R (axe des x) pour vos trois essais.
4 · Analyser
- Pour un essai, calculez I = E/R avec E = 9 V, puis P = I²R (ou de manière équivalente E²/R). Comparez avec le tableau.
- Expliquez pourquoi une ampoule à faible résistance, qui consomme plus de courant à la même tension, finit par dissiper plus de puissance : la luminosité d'une vraie ampoule évolue avec la puissance.
5 · Approfondir
- Une ampoule « 100 W » à 120 V consomme environ 0.83 A et a une résistance d'environ 144 Ω lorsqu'elle est chaude. En utilisant P = E²/R, expliquez pourquoi une ampoule de « puissance supérieure » conçue pour la même tension doit avoir une résistance INFÉRIEURE, pas supérieure.
- À l'aide de votre relation de puissance, expliquez pourquoi la surintensité (et la puissance) est maximale à ce moment-là.
La physique derrière cette expérience
Puissance électrique (à partir de I et R)
La puissance dissipée sous forme de chaleur et de lumière dans une charge résistive vaut P = I²R, ce qui à tension fixe est identique à P = V²/R. Une charge de résistance plus faible consomme plus de courant et dissipe plus de puissance, mais puissance et courant évoluent du même facteur quand la résistance change — diviser R par deux double les deux, ne quadruple pas la puissance, car R elle-même diminue même quand I croît.
Circuits
- Loi d'Ohm : courant, tension et résistance
- Résistances en série : les résistances s'ajoutent
- Résistances en parallèle : le courant se divise
- Batteries en série : ajout d'EMF
- Appareils de mesure idéaux : les ampèremètres et les voltmètres ne perturbent pas le circuit
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