charge et décharge d'un condensateur

|TS |Charge et décharge d'un condensateur |T.P. P04|
|Objectifs : |
|Réaliser un montage électrique à partir d'un schéma. |
|Réaliser les branchements pour visualiser les tensions aux bornes du générateur, du|
|condensateur et du conducteur ohmique. |
|Montrer l'influence de l'amplitude de l'échelon de tension, de la résistance et de |
|la capacité sur le phénomène observé lors de la charge et de la décharge du |
|condensateur. |
I. Rappels (activité préliminaire) :
1) Orientation d'un circuit
. Par convention, on utilise les lettres minuscules pour
les grandeurs variables avec le temps et les lettres
majuscules pour les grandeurs indépendantes du temps. L'orientation d'un circuit est indiquée par une flèche sur un fil de
jonction, surmontée de i. Si le courant passe dans le sens de la flèche,
alors i est positif. Si le courant passe en sens opposé, alors i est
négatif.
. Exemples :
[pic]i est ................ [pic]i est
........................... 2) Convention récepteur - convention générateur
Convention récepteur : )) et )) de sens opposés Convention générateur : )) et )) de même sens
3) loi d'additivité des tensions
Enoncé de la loi : La tension entre deux points d'un circuit électrique est
égale à la somme des tensions existantes aux bornes des appareils placés en
série, entre ces deux points.
Exemple : A B C D UAD =
.........................................
Attention à l'ordre des lettres
!!!!!!!!!
4) loi des mailles
Enoncé de la loi :
Dans une maille, la somme des tensions aux bornes de chaque dipôle ,
orientées dans le même sens, est nulle/
Exemple : 0 = .......................................... = ........ 5) Loi d'additivité des intensité ou lois des n?uds
Enoncé de la loi : La somme des intensités des courants électriques qui
arrivent à un noeud d'un circuit est égale à la somme des intensités des
courants qui en partent :
( iarrivant = (ipartant
exemple :
[pic]
6) tension aux bornes des branches
Les branches situées entre deux n?uds fixés ont la même tension :
Exemple :
....................=............................
Et
....................=............................
[pic]
II. Influence d'un condensateur dans un circuit électrique
Le montage suivant est réalisé sur une paillasse. Le condensateur est
placé entre les points A et B du circuit.
1) Mesurer à l'ohmmètre de la résistance du condensateur.
2) L'interrupteur est basculé en position 1 : observer et noter les
changements dans le circuit (valeur de Uab et l'état d'éclairement des
DEL) ; ces phénomènes sont-ils durables ?
3) L'interrupteur est basculé en position 2 : observer à nouveau le
comportement du circuit. Montrer qu'il y a eu déplacement de charges et
indiquer le sens du courant. Quel élément provoque le déplacement de
charges ?
4) Justifier la phrase : le condensateur est un dipôle stockeur de charges III. Charge d'un condensateur. 1. Montage expérimental
Réaliser le montage
avec E = 6 V
(C) : boite de condensateurs
(R) : résistance à décades 2. Visualisation des tensions On veut visualiser les tensions suivantes :
- uDB : tension aux bornes du dipôle RC
- uAB = uC : tension aux bornes du condensateur
. Représenter les branchements nécessaires sur le schéma.
. Avec l'aide de la fiche annexe réaliser les réglages nécessaires à
l'acquisition par outil informatique et faire les branchements.
. L'acquisition pour l'étude de la réponse du circuit RC à un échelon de
tension débute lorsque l'interrupteur bascule en position 1; la position
2 est une remise à zéro (décharge du condensateur).
. Procéder à l'acquisition avec R = 0,2 k( et C = 1000 µF
. Identifier sur l'écran les différentes grandeurs acquises.
. Décrire l'évolution des tensions uDB , uC, la charge du condensateur est-
elle instantanée ?
. Comment peut-on obtenir uR = uDA tension aux bornes de la résistance par
calcul. Expliquer pourquoi uR représente l'évolution de l'intensité du
courant dans le circuit.
. Pourquoi donne-t-on le qualificatif "transitoire" à ce régime ?
3. Influence de différents paramètres sur uC . Vers quelle valeur tend la valeur de uC ?
. Quelle sera l'influence sur la valeur finale de uC si l'on augmente la
tension du générateur ? Le circuit est caractérisé par une constante ?, appelée constante de temps
et correspondant au temps pour lequel uC vaut 63 % de sa valeur maximale
donc uC(?) = 0,63*uCmax.
. Effectuer six enregistrements, correspondant à des conditions
expérimentales différentes. |N° de page|1 |2 |3 |4 |5 |6 |
|C (µF)| 1000 | 1000 | 1000 | 1000 | 2000 |100 |
|( | | | | | | |
|R*C | | | | | | | Manipulation : L'interrupteur étant sur la position 2, préparer l'acquisition.
Basculer ensuite l'interrupteur sur la position 1. L'acquisition est
automatiquement réalisée, le condensateur se charge à travers R sous la
tension UG.
Si l'acquisition est satisfaisante, poursuivre par :
Sauve (Regressi) [pic]- Nouvelle page pour conserver la saisie
effectuée (en page courante) et faire une nouvelle saisie (en page
suivante) après modification des conditions expérimentales.
Revenir sur le logiciel Orphy pour relancer une nouvelle acquisition
[pic] .. mais avant penser à remettre l'interrupteur en position 2
quelques secondes Exploitation : . Afficher les pages 1 à 6 et déterminer ( pour chaque dipôle en expliquant
la méthode choisie.
. Compléter le tableau ci-dessus, puis trouver l'expression de ? en
fonction de R et C.
. Pour combien de multiples de ? peut-on considérer que uC est égale à sa
valeur finale ?
. Quelle est l'influence de R et de C sur la charge du condensateur ?
4. Evolution de l'intensité du courant dans le circuit en fonction du
temps . Dans le logiciel Regressi créer une nouvelle grandeur, appelée i,
calculer la valeur de l'intensité en fonction du temps.
. Représenter i en fonction du temps.
. Décrire l'évolution de l'intensité.
. Quel type de courbe rencontré au chapitre sur la radioactivité la courbe
i(t)= f(t) vous rappelle-t-elle ?
. Par analogie avec la loi de décroissance radioactive, retrouver
l'expression de la courbe i(t).
. Faire une modélisation de la courbe i(t) avec le logiciel Regressi. IV. Décharge d'un condensateur dans une résistance.
. Effectuer six enregistrements, correspondant à des conditions
expérimentales différentes. |N° de page|1 |2 |3 |4 |5 |6 |
|C (µF)| 1000 | 1000 | 1000 | 1000 | 2000 |100 |
|( | | | | | | |
|R*C | | | | | | |
|t1/2 | | | | | | |
|(*ln(2) | | | | | | | Manipulation : L'interrupteur étant sur la position 1, préparer l'acquisition.
Basculer ensuite l'interrupteur sur la position 2. L'acquisition est
automatiquement réalisée, le condensateur se décharge à travers R.
Si l'acquisition est satisfaisante, poursuivre par :
Sauve (Regressi) [pic]- Nouvelle page pour conserver la saisie
effectuée (en page courante) et faire une nouvelle saisie (en page
suivante) après modification des conditions expérimentales.
Revenir sur le logiciel Orphy pour relancer une nouvelle acquisition
[pic] ...etc , mais avant penser à remettre l'interrupteur en position
1 quelques secondes
Exploitation : . Pour un dipôle (R,C), tracer les tensions uAB = uC et uDA = uR en
fonction du temps t.
. La décharge du condensateur est-elle instantanée ? Quelle est la tension
ucmax aux bornes du condensateur ?
. Quelle est l'influence de R et de C sur la décharge du condensateur ?
. Comment varie la tension uR au cours du temps ? Quel est son signe ? En
déduire le sens du courant de décharge. On définit la constante de temps ( telle que u(() = 0,37 uCmax .
. Déterminer ( pour les différents dipôle (R,C), en précisant la méthode.
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A B [pic] D 1 2 U i i i U i .............=.............. i4 i2 i3 i1 U1 U2 U3 U4 U5