Détermination et tracé de caractéristiques

Partie

Question

Un générateur de f.é.m. \(E\) a une tension aux bornes de \(5 \textrm{ V}\) quand il alimente un dipôle de résistance \(R_1 = 5 \;\Omega,\textrm{de } 4 \textrm{ V}\) quand il alimente un dipôle de résistance \(R_2 = 2 \;\Omega\).

Quelle est la valeur\( r\) de sa résistance interne ?

Tracer les caractéristiques des trois dipôles.

Aide simple

Quand un générateur alimente un dipôle :

  • ils sont parcourus par le même courant

  • leurs bornes sont aux mêmes potentiels.

Aide détaillée

Aux bornes d'un générateur de f.é.m. \(E\) et de résistance interne \(r\), débitant un courant \(I\), la différence de potentiel vaut :

\(U = E - r.I\)

Aux bornes d'un dipôle de résistance \(R\), la tension et le courant sont liés par la loi d'Ohm :

\(U = R.I\)

Solution simple

\(r = 1\;\Omega\)

\(E = 6 \textrm{ V}\)

Solution détaillée

Quand le générateur alimente un des dipôles :

  • ils sont parcourus par le même courant

  • ils ont même tension aux bornes

avec le premier dipôle :

\(U_1 = E - r.I_1 = R_1.I_1\)

\(I_1 = U_1/R_1 = 5/5 = 1 \textrm{ A}\)

avec le second dipôle :

\(U_2 = E - r.I_2 = R_2.I_2\)

\(I_2 = U_2/R_2 = 4/2 = 2\textrm{ A}\)

d'où le système d'équations :

\(E - r = 5\)

\(E - 2 r = 4\)

la différence entre les deux équations donne\( r = 1 \Omega, \textrm{ d'où } E = 6 \textrm{ V}\)

en gris, caractéristique du générateur \(U = E - r I = 6 - I (U \textrm{ en volt, I en A})\)

en bleu, caractéristique du dipôle 1.

\(U = R_1.I = 5.I (\textrm{ U en volt, I en A})\)

En rouge, caractéristique du dipôle 2

\(U = R_2.I = 2.I (\textrm{U en volt, I en A})\)