Récepteurs électriques
 

I. Objectifs

• Tracer la caractéristique intensité tension d'un électrolyseur et la modéliser.
• Vérifier la loi de Joule.
   

II. Matériel

• Générateur 12V continu 10A.
• Rhéostat de 33W.
• Deux multimètres.
• Electrolyseur en U muni d'électrodes de carbone.
• Fils de connexion.
• Solution aqueuse de sulfate de cuivre de concentration C=0,40mol.L^-1.
• Calorimètre + accessoires (dont une résistance chauffante d'environ 1W).
• Sonde de température 0-100°C.
• Eprouvette graduée de 250mL.
• Ordinateur muni d'une interface de mesure Orphy GTS et du tableur Regressi.
   

III. Caractéristique d'un électrolyseur

1. Manipulation

1. Réaliser le montage ci-contre.
2. Appliquer une tension U d'environ 10V et relever la valeur I de l'intensité du courant électrique.
3. Renouveler la mesure pour U variant de 9V à 1V par pas de 1V et compléter le tableau ci-dessous.
   

2. Exploitation

1. Tracer la caractéristique U=f(I).
2. Modéliser sa partie linéaire.
3. En déduire la résistance interne r' de l'électrolyseur ainsi que sa force contre électromotrice E'.
    

IV. Loi de Joule

1. Manipulation

1. Réaliser le montage ci-contre.
2. A l'aide de l'éprouvette graduée, placer une masse m=400g d'eau dans le calorimètre.
3. Régler les paramètres d'acquisition du logiciel Regressi de la façon suivante:
   • Abscisse: temps; durée d'acquisition: 600s; nombre de points: 50.
   • Ordonnée: Voie EA6: T(°C); Etalonnage: 0°C à 100°C.
4. Appliquer une tension de valeur U₁=12V aux bornes de la résistance immergée. dans le calorimètre et relever la valeur de l'intensité I₁ du courant traversant le circuit.
5. Réaliser l'acquisition de la température q₁ de l'eau à intervalles de temps réguliers pendant 10 minutes.
6. Transférer la courbe q₁=f(t) obtenue dans le logiciel Regressi.
7. Renouveler la manipulation en appliquant une tension U₂=6V aux bornes de la résistance immergée et relever l'intensité du courant I₂ ainsi que la courbe q₂=f(t).

2. Exploitation

1. A l'aide du logiciel, calculer les grandeurs Dq₁= q₁ - q_o1 et Dq₂= q₂ - q_o2 pour chaque valeur du temps t (q_o1 et q_o2 représentent les températures initiales de l'eau et du calorimètre au début de chaque manipulation).
2. Tracer les courbes Dq₁=f(t) et Dq₂=f(t) sur le même graphique.
3. Comment évolue la variation de température Dq par rapport au temps? En déduire que Dq=a.t.
4. Déterminer les coefficients directeurs a₁ et a₂ des droites Dq₁=f(t) et Dq₂=f(t).
5. L'énergie reçue par l'ensemble {eau+calorimètre} est proportionnelle à son élévation de température: Q_J=k.Dq. En déduire l'expression de Q_J en fonction du temps.
6. Calculer le rapport a₁/a₂ et le comparer au rapport I₁²/I₂². En déduire que le coefficient directeur de la droite Dq=f(t) peut s'écrire a=a.I².
7. En déduire l'expression de la loi de Joule.

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