TP 6: Le dipôle RC

 

I)                 charge du condensateur à intensité constante

objectif : suivre l’évolution de la tension aux bornes du condensateur au cours du temps pendant le phénomène de charge à intensité I constante afin de déduire une relation entre la charge q et la tension uC.

1)    réaliser le montage suivant

 

Ce montage permet de charger le condensateur avec une valeur d’intensité I constante.

Q1 : que vaut la charge q(t) fournie par le générateur de courant au condensateur ?

 

2)    étude expérimentale

S’assurer que le condensateur est initialement déchargé en le court-circuitant à l’aide du fil.

Q2 que vaut la tension uc et la charge qC et qD des armatures C et D du condensateur ?

A t = 0 s (déclenchement du chronomètre), ouvrir l’interrupteur (enlever le fil qui court-circuite le condensateur). Toutes les 15 secondes noter la valeur de la tension uC (les mesures seront faites jusqu’à uC = 12 V.

Q3 Quelle est la valeur de l’intensité du courant I ?

Regrouper les résultats dans un tableau :

t(s)

0

 

 

 

uC(V)

0

 

 

 

q = I.t

0

 

 

 

 

3)    exploitation

Tracer la courbe q = f(uc ) à l’aide d’excel

Q4 Quelle est l’allure de cette courbe ? Afficher son équation à l’aide du logiciel.

Q5 Regarder quelle est la capacité C du condensateur, et en déduire une relation entre uc (t) , q(t), et C.

 

II)            Réponse d’un dipôle RC à un échelon de tension

Objectif :

Visualiser en temps réel puis étudier l’évolution de la tension aux bornes d’un condensateur au cours de la charge puis de la décharge du condensateur

Visualiser  les variations d’intensité du courant dans le dipôle RC au cours de la charge puis de la décharge du condensateur.

1) schéma

Réaliser le schéma suivant. Régler la force électromotrice du générateur à la valeur E = 10 V.

2) réglage du logiciel synchronie

ouvrir le logiciel synchronie et vérifier qu’il fonctionne correctement : 

clique sur matériel, choisir système, et vérifie que le système utilisé est sysam sp5. dans le cas contraire appeler le professeur.

Clique sur paramètres puis règler les paramètres  des entrées EAO et EA1

Entrée  EAO : automatique ;Nom : Uc ; Unité : V ; Fenêtre 1 : cochée

Clique sur 1 pour la seconde voie

entrée EA1 automatique ; nom Ur ; unité : V ; fenêtre 1 cochée ;

Réglage de la durée d’acquisition :

Clique sur acquis ; Points : 100 ; Moyenne 1 ; Echantillon 0,5 s ; Totale 50 s

Cela signifie que l’ordinateur va acquérir chaque seconde les valeurs de tensions envoyées sur les voies 0 et 1. Il va effectuer en tout 100 points de mesure. La durée totale d’acquisition est de :

(durée de l’échantillon)x(nombre de points de mesure) = 0,5x100 = 50 s

 

Réglage du déclenchement

Source : entree n° O (Uc) ; Niveau : 0,1 V ; Sens : montant ; ok

Cela signifie que dès que la tension aux bornes du condensateur est plus élevée que 0,1 V la carte d’acquisition acquiert les premières valeurs de tension Ur et Uc.

Q6 : représenter sur le schéma le sens du courant, et les tensions Ur et Uc envoyer dans la carte d’acquisition. Exprimer la valeur de i en fonction de Uc et de Ur.

3) charge du condensateur : lancement de l’acquisition

L’interrupteur est placé dans la position intermédiaire entre 1 et 2. Vérifier préalablement que la tension aux bornes du condensateur est nulle en le court-circuitant puis enlever le fil . Lancer l’acquisition en appuyant sur F10.

Q7 Dans quelle position, 1 ou 2, faut-il basculer l’interrupteur pour charger le condensateur ? Effectuer cette opération. A t  = 25 s environ, basculer l’interrupteur en position 2. Observer comment évolue les tensions.

Q8 Quelle valeur maximale atteint la tension u? Comparer cette valeur avec la tension E du générateur. Que peut-on dire alors de la charge du condensateur ? Que se passe t-il lorsqu’on bascule l’interrupteur en position 2 ?

Q9 Quelle est la relation entre la tension uR et l’intensité du courant I ? Comment évolue cette intensité au cours du temps ? Expliquer à l’aide de la loi d’additivité des tensions, au cours de la charge puis de la décharge.

 

4) Constante de temps du circuit

Q10 A partir des valeurs de R et C déterminer la valeur de la constante de temps théorique du circuit :

Au cours de la charge, à t = , la tension aux bornes du condensateur est :

Déterminer graphiquement la valeur expérimentale de la valeur de tau à l’aide du pointeur fourni par le logiciel. Comparer cette valeur à la valeur théorique.