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 uC ? 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.