Niveau : Moyen — Durée estimée : 45 min — 10 exercices avec corrections détaillées
Rappel des notions clés
Pour mesurer une tension, le voltmètre se branche en parallèle (dérivation) sur le composant. Pour mesurer un courant, l'ampèremètre se branche en série (le courant doit traverser l'appareil). La pince ampèremétrique est une alternative sécurisée qui mesure le courant par induction, sans ouvrir le circuit.
L'oscilloscope permet de visualiser l'évolution de la tension en fonction du temps. On y règle la sensibilité verticale (Volts/division) et la base de temps (Secondes/division). C'est l'outil indispensable pour analyser les signaux périodiques, mesurer une période ($T$) et en déduire la fréquence ($f$).
Fréquence : $f = \frac{1}{T}$ (en Hertz) Valeur efficace (sinus) : $U_{\text{eff}} = \frac{U_{\text{max}}}{\sqrt{2}}$
Exercices — Niveau Facile
Exercice 1 : Tu veux mesurer la tension aux bornes d'une batterie de voiture. Sur quel mode règles-tu ton multimètre et où branches-tu les cordons ?
Correction :
1. Mode : Tension Continue (V DC ou $\overline{V}$). 2. Cordons : Le noir sur la borne COM et le rouge sur la borne V. 3. Branchement : En parallèle sur les bornes de la batterie.
Exercice 2 : Pourquoi est-il dangereux de brancher un ampèremètre en parallèle sur une source de tension ?
Correction :
Un ampèremètre possèd'une résistance interne très faible (proche de zéro). S'il est branché en parallèle, il crée un court-circuit franc. Cela provoque un courant très élevé qui va faire griller le fusible interne de l'appareil ou endommager le circuit mesuré.
Exercice 3 : Sur un oscilloscope, une sinusoïde occupe 4 divisions verticales avec une sensibilité de 5V/div. Quelle est la tension crête à crête ($U_{pp}$) ?
Correction :
$U_{pp} = \text{Nombre de divisions} \times \text{Sensibilité} = 4 \times 5 = 20V$. La tension crête à crête est de 20V.
Exercices — Niveau Moyen
Exercice 4 : Tu mesures un courant avec une pince ampèremétrique. Tu entoures à la fois la phase et le neutre d'un câble d'alimentation. La pince affiche 0A alors que l'appareil est allumé. Pourquoi ?
Correction :
La pince ampèremétrique mesure le champ magnétique créé par le courant. Dans un câble comportant phase et neutre, les courants circulent en sens inverse. Les champs magnétiques s'annulent donc exactement. Pour mesurer le courant, il faut enserrer un seul conducteur (soit la phase, soit le neutre).
Exercice 5 : Un signal périodique a une période de 20 ms. Calcule sa fréquence en Hz.
Correction :
Convertis d'abord le temps en secondes : $20 \text{ ms} = 0,02 \text{ s}$. Formule : $f = \frac{1}{T} = \frac{1}{0,02} = 50 \text{ Hz}$. La fréquence est de 50 Hz (c'est la fréquence du réseau électrique européen).
Exercice 6 : Quelle est la différence entre une mesure "RMS" et "TRMS" sur un multimètre ?
Correction :
Exercices — Niveau Difficile
Exercice 7 : Analyse d'écran : Un signal occupe 5 divisions horizontales pour un motif complet. La base de temps est réglée sur $10 \mu s/\text{div}$. Quelle est la fréquence du signal ?
Correction :
1. Calcul de la période $T = 5 \text{ div} \times 10 \mu s/\text{div} = 50 \mu s = 50 \times 10^{-6} \text{ s}$. 2. Calcul de la fréquence $f = \frac{1}{50 \times 10^{-6}} = 20 000 \text{ Hz}$. La fréquence est de 20 kHz.
Exercice 8 : On mesure une tension efficace de 230V au multimètre. Quelle sera la tension maximale ($U_{\text{max}}$) observée à l'oscilloscope ?
Correction :
Formule : $U_{\text{max}} = U_{\text{eff}} \times \sqrt{2}$. $U_{\text{max}} = 230 \times 1,414 \approx 325V$. L'oscilloscope affichera une crête à 325V par rapport au zéro.
Bilan et conseils
Ce qu'il faut retenir : Branche toujours ton voltmètre en parallèle et ton ampèremètre en série. Fais attention aux calibres : commence toujours par le plus élevé si tu ne connais pas la valeur. À l'oscilloscope, n'oublie pas de vérifier que ta sonde est bien calibrée (compensation x10).
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