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 ?

2 · Configurer

  1. Ouvrez le préréglage de lampe commutée et appuyez sur Réinitialiser. L'interrupteur démarre fermé, donc la batterie 9 V allume la lampe.
  2. Activez la lecture de la puissance sur la lampe.
  3. 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

  1. Pour un essai, calculez I = E/R avec E = 9 V, puis P = I²R (ou de manière équivalente E²/R). Comparez avec le tableau.
  2. 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

  1. 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.
  2. 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.

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