769896003 07.01.03 page 1 sur 4 TP de physique n°5 (TS) : ETUDE DU DIPOLE ( R, L, C ) D’après : http://www.ac-toulouse.fr/sc_phy/docum/phy/ter1/tc/ptstp08c.htm Objectifs : - Mise en évidence du phénomène d’oscillations électriques Etude de quelques propriétés du dipôle ( R, L, C) Utilisation de l’oscilloscope Matériel : - Un oscilloscope deux voies (e ) Un bobine 1200 spires avec borne intermédiaire ( e ) Série de condensateurs ( 0,1 F ; 0,22 F ; 0,47 F ) (e ) Décade de résistances x1000 x100 x Un GBF (e) Un multimètre numérique (e) 3 adaptateurs fiches bananes-BNC ( e ) Fils de connexion ( e ) - I ) CARACTERISTIQUES DE LA BOBINE UTILISEE La bobine utilisée possède deux bornes numérotées 1 et 3 connectées à ses extrémités et une borne intermédiaire numérotée 2. 1 2 3 400 spires 800 spires 1200 spires Les caractéristiques de la bobine dépendent des deux bornes utilisées pour l’insérer dans un circuit électrique. Ces caractéristiques sont reportées dans le tableau ci-dessous : bornes utilisées 1-2 2-3 1-3 nombre de spires 400 800 1200 5 25 50 6,1 13,5 19,6 inductance L de la bobine ( mH ) résistance r de la bobine ( ) II ) MONTAGE EXPERIMENTAL a ) Compléter le schéma ci-après en indiquant les branchements de l’oscilloscope permettant de visualiser sur la voie 1 ( CH 1 ) la tension uG délivrée par le GBF et sur la voie 2 ( CH 2 ) la tension uC aux bornes du condensateur. Représenter ces tensions par des « flèches tensions ». 769896003 07.01.03 page 2 sur 4 GBF i C M N L, r P b) Réaliser le montage puis les branchements de l’oscilloscope, on prendra C = 0,22F ; L = 25 mH ( r= 13,5 III ) OBSERVATION D’ OSCILLATIONS LIBRES AMORTIES a ) Régler le GBF pour obtenir un signal en « créneaux » de tension efficace Ueff 6 V ( utiliser le multimètre ) et de fréquence f 150 Hz. b) Effectuer les réglages nécessaires pour observer au moins une décharge oscillante du condensateur. c) Représenter l’oscillogramme obtenu ci-dessous. d) Les oscillations observées sont-elles périodiques, isochrones* ? Pourquoi parle-t-on dans ce cas d’oscillations pseudo-périodiques ? ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… *isochrone : « Qui s’effectue dans des intervalles de temps égaux » ( Petit Larousse ) e) Remplacer la bobine par un conducteur ohmique de résistance 3000 ( utiliser une décade de résistance ). Comparer l’oscillogramme ainsi obtenu avec le précédent. Mettre le circuit électrique hors tension lors du remplacement d’un composant ! ! ! ! ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… IV ) ETUDE DES OSCILLATIONS LIBRES DU CIRCUIT ( R, L, C ) IV-1) Influence de l’inductance L de la bobine 769896003 07.01.03 page 3 sur 4 a) On prendra C = 0,22 F. Mesurer avec la meilleure précision possible, la pseudo-période T des oscillations pour différentes valeurs de l’inductance L de la bobine. Compléter le tableau suivant : L ( mH ) 5 25 50 T ( ms ) T2 / L ( ms2.mH-1 ) b) Que constate-t-on ? ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… IV-2) Influence de la capacité C du condensateur a) On prendra L = 50 mH. Mesurer la pseudo-période T des oscillations pour différentes valeurs de la capacité C du condensateur. Compléter le tableau suivant : C ( F ) 0,1 0,22 0,47 T ( ms ) T2 / C ( ms2.F -1 ) b) Que constate-t-on ? ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… IV-3 ) Influence de l’échelon de tension Modifier l’amplitude de la tension délivrée par le GBF. Observer l’influence sur les oscillations. Que constate-t-on ? ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… a) IV-4 ) Influence de la résistance R du dipôle Introduire en série dans le circuit une résistance R’ ajustable ( 0 R’ 1100 ). La résistance du dipôle est alors R = R’ + r. Faire varier R’ et observer les deux « régimes » pseudo-périodique et apériodique. Le passage d'un régime à l'autre est appelé régime critique. a )Représenter l’allure des oscillogrammes observés correspondant à ces trois régimes et indiquer dans quel sens varie la résistance R du dipôle lorsqu’on passe d’un régime à l’autre. Régime pseudo-périodique Régime critique Régime apériodique ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… 769896003 07.01.03 page 4 sur 4 ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… b) Dans le cas du régime pseudo-périodique, préciser l’influence de R sur la pseudo-période et sur l'amortissement des oscillations. ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… IV-5) Pseudo période des oscillations libres d’un dipôle ( R, L, C ) a) Montrer en utilisant les résultats expérimentaux précédents que la pseudo-période des oscillations est donnée par une relation du type T = k. L. Cen précisant les valeurs de et . Vérifier que la grandeur ainsi calculée est homogène à un temps. ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… b) A partir de quelques mesures faites précédemment, calculer la valeur de la constante k et écrire la relation exprimant T. ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………