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 (A) | 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.
- Les filaments incandescents tombent souvent en panne lorsqu'ils sont allumés, lorsqu'ils sont froids et que leur résistance est la plus faible. À l’aide de votre relation de pouvoir, expliquez pourquoi la surtension (et la puissance) est la plus élevée à ce moment-là.
La physique derrière cette expérience
Alimentation électrique (de I et R)
La puissance dissipée sous forme de chaleur et de lumière dans une charge résistive vaut P = I²R. À tension fixe, une charge de résistance plus faible consomme plus de courant, et la puissance croît encore plus vite puisqu'elle dépend du carré du courant.