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Rhéostat pour régler la luminosité

Programmes : KS3, GCSE, Sek I

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Objectif

Régler progressivement l’intensité du courant et la luminosité d’une ampoule à l’aide d’un rhéostat.

Le montage

Une source de 6 V, un ampèremètre, un rhéostat de 100 Ω et une ampoule de 6 V / 3 W en série. La partie du rhéostat comprise entre l’extrémité gauche et le curseur est dans le circuit ; le curseur est à 30 % (30 Ω).

Protocole

  1. Notez l’indication de l’ampèremètre.
  2. Amenez le curseur à l’extrémité gauche et notez de nouveau l’intensité.
  3. Amenez le curseur à l’extrémité droite.
  4. Trouvez la position pour laquelle l’ampoule brille à mi-luminosité.
Résultat attendu

À 30 Ω, l’intensité est d’environ 165 mA. À l’extrémité gauche, la résistance du rhéostat est presque nulle : l’intensité est d’environ 0,5 A et l’ampoule brille à pleine luminosité. À l’extrémité droite (100 Ω), l’intensité tombe à environ 55–60 mA et l’ampoule ne brille plus du tout, bien que le courant circule : la tension à ses bornes est inférieure à 0,2 V, le filament ne chauffe qu’à 900 K, et la lueur visible commence vers 1000 K.

Questions

  1. Pourquoi l’intensité varie-t-elle progressivement et non par sauts ?
  2. Quelle partie du rhéostat faut-il inclure dans le circuit pour diviser l’intensité par deux ?
Réponses
  1. Déplacer le curseur modifie la longueur de fil dans le circuit, et avec elle la résistance, d’aussi peu que se déplace le curseur, si bien que l’intensité \(I = U / R\) varie elle aussi progressivement. Sur un vrai rhéostat bobiné, le curseur passe d’une spire à la suivante, et la résistance varie par très petits sauts d’une spire ; dans le simulateur, elle varie de façon continue.
  2. Avec une ampoule de résistance constante, le rhéostat devrait ajouter autant que les 12 Ω de l’ampoule elle-même (6 V / 0,5 A). Le filament refroidit quand l’intensité diminue et sa résistance baisse, si bien qu’il en faut davantage : à la moitié de l’intensité, environ 0,24 A, l’ampoule n’a qu’environ 1,8 V à ses bornes, et le rhéostat doit prendre le reste avec environ 17 Ω, un sixième de sa longueur.