Activités d'Investigation
Dimensionnement d'une résistance LED, câblage d'éclairage d'atelier et diagnostic domotique.
Dimensionnement d'une Résistance de Feu LED
Situation Professionnelle
Un mécanicien installe un feu de jour à LED sur un véhicule. La batterie délivre une tension $U_{\text{batterie}} = 12{,}0\text{ V}$. La diode LED nécessite une tension de fonctionnement de $U_{\text{LED}} = 2{,}5\text{ V}$ et un courant nominal $I = 20\text{ mA}$ ($0{,}020\text{ A}$). Une résistance de protection $R$ est insérée en série pour éviter que la LED ne grille.
Travail à réaliser
1. Tension aux Bornes de la Résistance (Compétence Analyser) : En utilisant la loi d'additivité des tensions en série ($U_{\text{batterie}} = U_R + U_{\text{LED}}$), calculer la tension $U_R$ que doit absorber la résistance.
2. Calcul de la Résistance par la Loi d'Ohm (Compétence Réaliser) : Calculer la valeur de la résistance $R$ en Ohms ($R = \frac{U_R}{I}$) sachant que $I = 0{,}020\text{ A}$.
3. Choix du Composant Normalisé (Compétence Valider) : Parmi les valeurs normalisées disponibles dans le tiroir d'atelier ($330\ \Omega$, $470\ \Omega$, $1000\ \Omega$), laquelle est la plus proche et sécurisée ?
Voir le corrigé de l'Activité 1
1. $U_R = U_{\text{batterie}} - U_{\text{LED}} = 12{,}0 - 2{,}5 = \mathbf{9{,}5\text{ V}}$.
2. $R = \frac{U_R}{I} = \frac{9{,}5}{0{,}020} = \mathbf{475\ \Omega}$.
3. La valeur normalisée la plus proche et adaptée est la résistance de $\mathbf{470\ \Omega}$.
Câblage d'Éclairage d'Atelier en Dérivation
Situation Professionnelle
Un installateur électricien raccorde 4 réglettes lumineuses à LED dans un atelier de mécanique. Le secteur fournit $U = 230\text{ V}$. Chaque réglette consomme un courant $I_1 = 0{,}8\text{ A}$. La ligne est protégée par un disjoncteur divisionnaire de calibre $16\text{ A}$.
Travail à réaliser
1. Type de Branchement (Compétence S'approprier) : Pourquoi est-il indispensable de brancher ces 4 réglettes en dérivation plutôt qu'en série ? Citer 2 raisons techniques.
2. Intensité Totale (Compétence Réaliser) : En utilisant la loi des nœuds, calculer l'intensité totale $I_{\text{totale}}$ appelée sur la ligne d'alimentation.
3. Vérification du Disjoncteur (Compétence Valider) : Le disjoncteur de $16\text{ A}$ risque-t-il de disjoncter lorsque toutes les lampes sont allumées ?
Voir le corrigé de l'Activité 2
1. 1) Chaque réglette reçoit la pleine tension nominale du réseau ($230\text{ V}$). 2) Si une réglette tombe en panne, les autres continuent de fonctionner (indépendance).
2. $I_{\text{totale}} = 4 \times 0{,}8 = \mathbf{3{,}2\text{ A}}$.
3. Non, car $3{,}2\text{ A} \ll 16\text{ A}$ : le courant absorbé est très inférieur au seuil de déclenchement du disjoncteur.
Diagnostic d'une Sonde Thermique Résistive
Situation Professionnelle
Un technicien chauffagiste contrôle une sonde de température résistive (thermistance) sur une chaudière murale. Le multimètre mesure une tension aux bornes de la sonde $U = 5{,}0\text{ V}$ et un courant $I = 25\text{ mA}$ ($0{,}025\text{ A}$). La documentation technique indique que la sonde doit avoir une résistance de $200\ \Omega \pm 5\%$ à $20^\circ\text{C}$.
Questions & Diagnostic
1. Calcul de Résistance (Compétence Réaliser) : Appliquer la loi d'Ohm ($R = \frac{U}{I}$) pour calculer la résistance expérimentale $R$ de la sonde.
2. Tolérance Constructeur (Compétence Analyser) : Calculer l'intervalle de tolérance de $\pm 5\%$ autour de $200\ \Omega$.
3. Conclusion du Diagnostic (Compétence Valider) : La sonde est-elle fonctionnelle ou doit-elle être remplacée ?
Voir le corrigé de l'Activité 3
1. $R = \frac{5{,}0}{0{,}025} = \mathbf{200\ \Omega}$.
2. $5\%$ de $200\ \Omega = 10\ \Omega$. L'intervalle acceptable est compris entre **$190\ \Omega$ et $210\ \Omega$**.
3. La valeur mesurée ($200\ \Omega$) est parfaitement au centre de l'intervalle : **la sonde est en parfait état de fonctionnement**.