Mettre en oeuvre un protocole expérimental : Les appareils de mesure - Cours Sciences de l'ingénieur - Terminale S

Mettre en oeuvre un protocole expérimental : Les appareils de mesure - Cours Sciences de l'ingénieur - Terminale S

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Dans ce document, vous découvrirez ce qu'est le protocole expérimental, et quels instruments de mesure sont utiles.

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Document rédigé par un prof Mettre en oeuvre un protocole expérimental : Les appareils de mesure - Cours Sciences de l'ingénieur - Terminale S

Le contenu du document

 

INTRODUCTION 

L’expérimentation scientifique est un élément fondamental dans le développement d’une solution technique. Pour valider une hypothèse, pour vérifier la qualité, pour répondre à une norme ou pour valider un modèle, l’expérimentation scientifique nécessite de la méthode et de la rigueur. Le protocole expérimental est l’outil qui permet de référencer les étapes à suivre pour mener à bien une expérience. Il regroupe la description des conditions et du déroulement d'une expérience. La description doit être suffisamment claire afin que l'expérience puisse être reproduite à l'identique et il doit faire l'objet d'une analyse critique pour notamment détecter d'éventuels biais.

 

Protocole expérimental d'une dissolution - Cours Sciences de L'ingénieur

Figure 1 Protocole expérimental d'une dissolution

 

LE PROTOCOLE EXPERIMENTAL

La démarche expérimentale peut être décrite selon les étapes suivantes : 

 

  1. Définition du problème
  2. Proposition des hypothèses 
  3. Définition de l’objectif de l’expérience
  4. Conception du protocole expérimental
  5. Réalisation de l’expérience
  6. Traitement des données
  7. Analyse et interprétation des résultats
  8. Conclusion


La présentation d’un protocole expérimental est à géométrie variable suivant le domaine scientifique abordé (mécanique, électronique, chimie, sciences humaines, biologies, …). Cependant, le protocole expérimental doit, dans tous les cas, permettre au professionnel du métier de reproduire l’expérimentation et obtenir, pour des valeurs d’entrée identiques, des valeurs de sorties sensiblement identiques. Le protocole expérimental permet donc, entre autres, de lever les ambiguïtés sur les procédés à mettre en œuvre pour mener à bien l’expérience.


Le protocole précisera de manière exhaustive les conditions de l’expérimentation, le matériel utilisé ainsi que les hypothèses proposées. On indiquera avec le maximum de précision les gestes à réaliser ainsi que les précautions à prendre.

 

LES APPAREILS DE MESURES 

L’objectif de l’expérimentation est en général de suivre l’évolution de grandeurs physiques d’intérêt pour notre solution technique. Pour cela, la mise en œuvre d’un protocole expérimental nécessite l’utilisation d’appareils de mesure nous permettant de suivre ces grandeurs. Il faudra bien entendu prendre en compte les incertitudes de mesures et autres biais liés à chacune des méthodes. Dans chaque cas, une estimation grossière de la valeur attendue nous permettra de choisir, parmi les appareils réalisant la même fonction, celui qui sera le plus adapté. L’utilisation d’appareils de mesure suivent eux aussi des protocoles d’utilisation qu’il sera nécessaire de respecter.

 

LA BALANCE ELECTRONIQUE 

Les balances électroniques nous indiquent la masse de l’élément pesé grâce à la déformation d’une jauge de contrainte. Les balances se tarent (mise à zéro) avant utilisation. Par exemple, elles nous permettent d’évaluer la diminution de masse d’un charbon d’alternateur à différents moments de son cycle de vie.

 

Protocole d’utilisation : 

1. Vérifier que la balance à une capacité suffisante pour effectuer la pesée

2. Nettoyez la balance

3. Allumez la balance

4. Mettez la balance à niveau

5. Effectuer le zéro (on pourra effectuer le zéro en incluant un récipient si cela vous est utile)

6. Position l’élément à peser au centre du plateau

7. Notez la lecture de l’écran d’affichage

8. Eteignez la balance

9. Nettoyez la balance


Balance-electronique-appareil-de-mesure

 

THERMOMETRE A SONDE : 

Permet de mesure la température d’un milieu. Permet par exemple de contrôler la température d’une solution lors d’une distillation fractionnée.

Protocole d’utilisation : 

1. Vérifiez que le thermomètre est calibré et que sa plage de mesure est adaptée à votre utilisation

2. Nettoyez la sonde avec une lingette désinfectante (ou à l’alcool à 70° ou au savon bactéricide + eau)

3. Allumer le thermomètre à sonde

4. Piquez la sonde dans la solution, le produit, le dispositif

5. Attendre que la température se stabilise

6. Notez la lecture de l’écran d’affichage

7. Nettoyez de nouveau la sonde


thermometre-a-sonde-appareils-de-mesure

 

OSCILLOSCOPE 

Appareil de mesure destiné à visualiser un signal électrique variable au cours du temps. Permet par exemple de vérifier à quel seuil un dispositif d’amplification audio sature.

 

Protocole d’utilisation pour mesurer une tension :

1. Allumer l’oscilloscope

2. Réglez le niveau zéro (offset) en plaçant la ligne horizontale au milieu de l’écran de lecture grâce au bouton de réglage

3. Choisir la sensibilité de l’axe vertical (correspond au nombre de Volts par division)

4. Choisir la sensibilité de l’axe horizontal ((correspond au nombre de Secondes par division)

5. Vérifiez le niveau zéro et réglez-le de nouveau si besoin

6. Pour mesurer la différence de potentiel entre les bornes A et B, branchez A sur la borne rouge et B sur la borne noire (masse)

7. Optimisez le choix de la base de temps et du calibre

8. Stabilisez le signal obtenu en utilisant le bouton LEVEL ou Seuil de déclenchement

9. Notez la grandeur d’intérêt et sauvegardez/imprimez l’oscillogramme

10. Débranchez et le montage et éteignez l’oscilloscope


Oscilloscope-appareil-de-mesure

 

MULTIMETRE :

Appareil de mesures électriques constitué d'un voltmètre, d'un ampèremètre et d'un ohmmètre. Il permet par exemple de mesurer la résistance d’un composant électronique.

 

Multimètre-appareil-de-mesure

 

Protocole d’utilisation du multimètre en ampèremètre : 

1. Vérifiez que le multimètre a une capacité suffisante pour mesurer l’intensité du courant de votre montage

2. Sélectionnez la nature du courant (continu ou alternatif)

3. Placez le sélecteur sur le plus grand calibre 

4. Ouvrez le circuit

5. Repérez le sens du courant qui sort par la borne + du générateur ;

6. Branchez l'ampèremètre entre deux dipôles du circuit, de façon à ce que le courant entre dans l'ampèremètre par la borne « 10 A » et sorte par la borne « COM »

7. Fermez le circuit

8. Lire, sur l’écran d’affichage, la valeur mesurée

9. Changez de calibre jusqu’à obtenir la valeur la plus proche du calibre tout en restant inférieure à celui-ci

10. Si la valeur 1 apparaît, passez au calibre supérieur (risque d’endommagement de l’appareil)

11. Notez la valeur lue sur l’écran d’affichage

12. Eteignez le multimètre 


Protocole d’utilisation du multimètre en voltmètre : 

1. Vérifiez que le multimètre a une capacité suffisante pour mesurer la tension aux bornes de l’élément d’intérêt de votre montage

2. Sélectionnez la nature de la tension (continu ou alternatif)

3. Placez le sélecteur sur le plus grand calibre 

4. Repérez le sens du courant qui sort par la borne + du générateur ;

5. Branchez le voltmètre aux bornes du dipôle d’intérêt, de façon à ce que le courant entre dans l'ampèremètre par la borne « V » et sorte par la borne « COM »

6. Fermez le circuit

7. Lire, sur l’écran d’affichage, la valeur mesurée

8. Changez de calibre jusqu’à obtenir la valeur la plus proche du calibre tout en restant inférieure à celui-ci

9. Si la valeur 1 apparaît, passez au calibre supérieur (risque d’endommagement de l’appareil)

10. Notez la valeur lue sur l’écran d’affichage

11. Eteignez le multimètre 


Protocole d’utilisation du multimètre en Ohmètre : 

1. Vérifiez que le multimètre a une capacité suffisante pour mesurer la résistance de l’élément d’intérêt de votre montage

2. Repérez les calibres Ω et placez le sélecteur sur le plus grand calibre 

3. Branchez l’ohmmètre aux bornes du dipôle d’intérêt

4. Lire, sur l’écran d’affichage, la valeur mesurée

5. Changez de calibre jusqu’à obtenir la valeur la plus proche du calibre tout en restant inférieure à celui-ci

6. Si la valeur 1 apparaît, passez au calibre supérieur

7. Notez la valeur lue sur l’écran d’affichage

8. Eteignez le multimètre 


Fin de l'extrait

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