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Physique-Chimie (2nde) 2ⁿᵈᵉ

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Signaux et capteurs : circuits, loi d’Ohm et capteurs

Mesures et fléchage ; lois des nœuds et des mailles (deux mailles au plus) ; caractéristique et point de fonctionnement ; loi d’Ohm et modélisation en Python ; capteurs résistifs, courbe d’étalonnage et microcontrôleur.

À propos de cette page
Un devoir surveillé d’une heure sur 20 points, calculatrice autorisée, avec son corrigé : mesures dans un circuit en série, un circuit à deux mailles, une sonde de température en platine, la caractéristique d’un dipôle et son modèle Python, puis le point de fonctionnement d’une DEL à trouver sur un graphique.
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Devoir surveillé · ★★ et ★★★ · Durée 60 min · Noté sur 20
60:00
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Devoir surveillé – Signaux et capteurs : circuits, loi d’Ohm et capteurs

Durée : 60 min – Calculatrice autorisée – Sur 20 points · Physique-Chimie (2nde) 2ⁿᵈᵉ

Nom : Date : Note : / 20

Tous les calculs doivent figurer sur la copie. Les résultats seront donnés sous la forme la plus simple possible.

Exercice 1 – Mesures dans un circuit en série ★★

(4 pts)

Un générateur maintient UPN = 6,6 V. Il alimente, en série, une lampe L et un conducteur ohmique de résistance R = 82 Ω. Un ampèremètre placé entre la borne + du générateur et la lampe indique 38 mA.

  1. a)Indiquer comment brancher un voltmètre pour mesurer la tension UR aux bornes du conducteur ohmique, en précisant ses bornes V et COM.
  2. b)Quelle est l’intensité du courant qui traverse le conducteur ohmique ? Justifier et l’exprimer en ampères.
  3. c)Calculer la tension UR.
  4. d)En déduire la tension UL aux bornes de la lampe, en citant la loi utilisée.

Exercice 2 – Circuit à deux mailles ★★

(4 pts)

Un générateur maintient UPN = 10,5 V. Il alimente un conducteur ohmique R1 placé en série avec deux conducteurs ohmiques R2 et R3 montés en dérivation. On mesure U1 = 4,3 V aux bornes de R1, I = 0,172 A dans R1 et I2 = 0,064 A dans R2.

  1. a)Calculer la tension U2 aux bornes de R2, en précisant la maille utilisée.
  2. b)Donner la tension U3 aux bornes de R3, en justifiant.
  3. c)Calculer l’intensité I3 du courant dans R3.
  4. d)Calculer les résistances R2 et R3.

Exercice 3 – Sonde de température à résistance de platine ★★

(4 pts)

Courbe d’étalonnage, sous forme de tableau, d’une sonde de température résistive en platine :

θ (°C)020406080
R (Ω)100,0107,7115,4123,1130,8

  1. a)Décrire l’évolution de R avec θ. R est-elle proportionnelle à θ ? Justifier.
  2. c)Soumise à une tension de 0,1137 V, la sonde est traversée par un courant de 0,950 mA. Calculer sa résistance.
  3. b)Montrer que R augmente de 0,385 Ω par degré Celsius.
  4. d)En déduire la température de la sonde, en vérifiant qu’elle est dans le domaine d’étalonnage.

Exercice 4 – Caractéristique et modélisation d’un dipôle ★★

(4 pts)

On a relevé la caractéristique d’un dipôle D.

I (mA)05,010,015,020,0
U (V)03,416,7910,2213,60
Le programme a, b = np.polyfit(I, U, 1), avec I en ampères et U en volts, affiche 680.2 0.002.

  1. a)Justifier que D a un comportement ohmique, à l’aide du tableau ou de l’affichage du programme.
  2. b)Donner sa résistance R.
  3. c)Calculer l’intensité du courant qui le traverse sous une tension de 8,5 V, en mA.
  4. d)Un élève affirme qu’avec un conducteur ohmique de résistance double, soumis à la même tension, l’intensité double aussi. Expliquer son erreur.

Exercice 5 – Point de fonctionnement d’une DEL ★★★

(4 pts)

Une DEL est montée en série avec un conducteur ohmique de résistance R = 125 Ω, aux bornes d’un générateur qui maintient UPN = 4,5 V. U est la tension aux bornes de la DEL, I l’intensité. Caractéristique I = g(U) de la DEL :
0,00,51,01,52,02,53,03,54,04,50510152025303540U (V)I (mA)

  1. a)Montrer, à l’aide de la loi des mailles et de la loi d’Ohm, que U = 4,5 − 125 × I (U en V, I en A).
  2. b)Calculer deux points de la droite qui représente cette relation (I en mA), puis la tracer sur le graphique.
  3. c)En déduire le point de fonctionnement de la DEL : tension U et intensité I.
  4. d)Calculer U ÷ I à ce point, puis sous 1,85 V (la DEL est alors traversée par 5 mA). Peut-on parler d’une résistance de la DEL ? Justifier.

Bon courage !

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Voir le corrigé et le barème
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Corrigé et barème – Signaux et capteurs : circuits, loi d’Ohm et capteurs

Durée : 60 min – Calculatrice autorisée – Sur 20 points · Physique-Chimie (2nde) 2ⁿᵈᵉ

Exercice 1 – Mesures dans un circuit en série ★★

(4 pts)
  1. a)En dérivation aux bornes du conducteur ohmique, sans ouvrir le circuit : borne V du côté où le courant entre dans R, borne COM de l’autre côté (la tension affichée est alors positive). (1)
  2. b)Le circuit est en série : l’intensité est la même en tout point. I = 38 mA = 0,038 A. (1)
  3. c)Loi d’Ohm : UR = R × I = 82 × 0,038 = 3,116 V ≈ 3,12 V. (1)
  4. d)Loi des mailles (une seule maille) : UPN = UL + UR, donc UL = 6,6 − 3,116 ≈ 3,48 V. (1)

Le point clé — En série, l’intensité lue à un endroit vaut partout ; c’est la tension du générateur qui se partage entre les récepteurs.

Exercice 2 – Circuit à deux mailles ★★

(4 pts)
  1. a)Maille (générateur, R1, R2) : UPN = U1 + U2, donc U2 = UPN − U1 = 10,5 − 4,3 = 6,2 V. (1)
  2. b)R3 est branché entre les mêmes nœuds que R2 : la maille (R2, R3) donne U3 − U2 = 0, donc U3 = 6,2 V. (1)
  3. c)Loi des nœuds : I = I2 + I3, donc I3 = I − I2 = 0,172 − 0,064 = 0,108 A. (1)
  4. d)Loi d’Ohm : R2 = U2 ÷ I2 = 6,2 ÷ 0,064 ≈ 96,9 Ω ; R3 = U3 ÷ I3 = 6,2 ÷ 0,108 ≈ 57,4 Ω. (1)

Erreur fréquente — Donner à R2 toute la tension du générateur : R2 n’est pas branché directement à ses bornes, R1 prend sa part.

Exercice 3 – Sonde de température à résistance de platine ★★

(4 pts)
  1. a)R augmente avec θ. Pour θ = 0 °C, R = 100,0 Ω, et non 0 : R n’est pas proportionnelle à θ (la relation est affine). (1)
  2. b)R augmente de 7,7 Ω tous les 20 °C : 7,7 ÷ 20 = 0,385 Ω/°C. Sur tout le tableau : (130,8 − 100,0) ÷ 80 = 0,385 Ω/°C. (1)
  3. c)R = U ÷ I = 0,1137 ÷ (0,950 × 10⁻³) ≈ 119,7 Ω. (1)
  4. d)R = 100,0 + 0,385 × θ, donc θ = (119,7 − 100,0) ÷ 0,385 ≈ 51 °C, compris entre 0 et 80 °C : la valeur est dans le domaine d’étalonnage. (1)

Le point clé — Une résistance qui augmente régulièrement avec la température n’est pas pour autant proportionnelle à elle : il faut vérifier la valeur à 0 °C.

Exercice 4 – Caractéristique et modélisation d’un dipôle ★★

(4 pts)
  1. a)Le rapport U ÷ I vaut 0,682 ; 0,679 ; 0,681 ; 0,680 V/mA : il est constant aux erreurs de mesure près, et U = 0 pour I = 0. De même, b ≈ 0,002 V est négligeable : la droite modèle passe par l’origine. U et I sont proportionnelles : comportement ohmique. (1)
  2. b)R est le coefficient directeur : R = a ≈ 680 Ω (vérification : 13,60 ÷ 0,0200 = 680 Ω). (1)
  3. c)I = U ÷ R = 8,5 ÷ 680 = 0,0125 A = 12,5 mA. (1)
  4. d)I = U ÷ R : à tension fixée, I est inversement proportionnelle à R. Doubler R divise I par 2 (sous 8,5 V : 6,25 mA avec 1 360 Ω). (1)

Repère — Avec np.polyfit, on lit R dans a à condition que b soit négligeable et que I soit en ampères.

Exercice 5 – Point de fonctionnement d’une DEL ★★★

(4 pts)
  1. a)DEL et conducteur ohmique sont en série : même intensité I. Loi des mailles : UPN = U + UR ; loi d’Ohm : UR = 125 × I. Donc U = 4,5 − 125 × I. (1)
  2. b)Pour I = 0 : U = 4,5 V, point (4,5 V ; 0 mA). Pour U = 0 : I = 4,5 ÷ 125 = 0,036 A, point (0 V ; 36 mA). On trace la droite qui joint ces deux points. (1)
  3. c)La droite coupe la caractéristique au point de fonctionnement U ≈ 2,0 V et I ≈ 20 mA. Vérification : 4,5 − 125 × 0,020 = 2,0 V. (1)
  4. d)U ÷ I = 2,0 ÷ 0,020 = 100 Ω, et 1,85 ÷ 0,005 = 370 Ω. Le rapport dépend du point de fonctionnement : la caractéristique n’est pas une droite passant par l’origine, la DEL n’est pas ohmique. On ne peut pas lui attribuer une résistance unique. (1)

Astuce — Pour tracer la droite de la loi des mailles, deux points suffisent : ceux où elle coupe les axes (I = 0, puis U = 0).

Ce document est la propriété intellectuelle de Ben, professeur particulier (benprofparticulier.fr), protégée par le Code de la propriété intellectuelle (art. L. 111-1 et L. 122-4). Il est mis à disposition pour un usage personnel de révision. Toute reproduction, diffusion, mise en ligne ou revente, totale ou partielle, sans autorisation écrite est interdite et constitue une contrefaçon (art. L. 335-2).

Ce contrôle de physique-chimie (2nde) 2ⁿᵈᵉ en bref

Un devoir surveillé type contrôle en classe sur « Signaux et capteurs : circuits, loi d’Ohm et capteurs » : 5 exercices, 60 minutes, noté sur 20. Le sujet et le corrigé sont téléchargeables en PDF, prêts à imprimer, pour travailler comme en classe.

  • Exercice 1 — Mesures dans un circuit en série ★★/ 4 pts
  • Exercice 2 — Circuit à deux mailles ★★/ 4 pts
  • Exercice 3 — Sonde de température à résistance de platine ★★/ 4 pts
  • Exercice 4 — Caractéristique et modélisation d’un dipôle ★★/ 4 pts
  • Exercice 5 — Point de fonctionnement d’une DEL ★★★/ 4 pts

Notions évaluées

Dipôle, nœud, branche, maille, intensité, ampèremètre, tension, voltmètre, convention récepteur, convention générateur, loi des nœuds, loi des mailles, caractéristique tension-courant, point de fonctionnement, DEL, tension de seuil, dipôle polarisé, comportement ohmique, loi d’Ohm, résistance, coefficient directeur, np.polyfit, capteur résistif, thermistance CTN et CTP, photorésistance, jauge de contrainte, courbe d’étalonnage, microcontrôleur.

Pour préparer ce contrôle

  1. Relire le cours et la fiche de révision.
  2. Refaire les exercices corrigés.
  3. Se tester avec le QCM (24 questions).
  4. Faire ce sujet en conditions réelles — 60 min, sans le cours — puis se corriger et noter les points à revoir.

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Questions fréquentes sur ce sujet
Combien de temps dure ce contrôle sur « Signaux et capteurs : circuits, loi d’Ohm et capteurs » ?
60 minutes pour 5 exercices notés sur 20. Prévois le double si tu enchaînes avec la correction.
Le corrigé est-il fourni ?
Oui : le corrigé complet est fourni en PDF (bouton « Télécharger le corrigé »), avec le barème exercice par exercice.
Ce sujet peut-il servir de DS, de contrôle ou d'interrogation ?
Oui : c'est un devoir surveillé complet de 60 minutes. Pour une interrogation courte, garde un ou deux exercices ; pour un DS ou un contrôle de fin de chapitre, fais le sujet entier en temps limité.
Ce sujet suit-il le programme de physique-chimie (2nde) de seconde ?
Oui : il évalue uniquement les notions du chapitre « Signaux et capteurs : circuits, loi d’Ohm et capteurs » du programme officiel de physique-chimie (2nde) en seconde, soit : mesurer une tension et une intensité ; loi des nœuds ; loi des mailles dans un circuit comportant au plus deux mailles ; caractéristique tension-courant d’un dipôle, point de fonctionnement, modélisation par U = f(I) ou I = g(U) ; résistance, comportement ohmique, loi d’Ohm ; représenter un nuage de points et modéliser une caractéristique avec un langage de programmation ; identifier une situation de proportionnalité ; capteurs électriques de la vie quotidienne, capteur résistif, courbe d’étalonnage ; dispositif avec microcontrôleur et capteur.
Bloqué sur ce chapitre ?

Moi c'est Ben, j'ai créé ce site pour aider le plus d'élèves possible, partout en France. Je peux aussi reprendre avec toi ce qui coince en cours particulier : en visio, ou à domicile si tu es à Marseille.

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