découverte du condensateur

Electricité : TP1 : Le dipôle condensateur
partie A : Rôle du condensateur dans un circuit
I. Définition et symbole.
Un condensateur est constitué de deux surfaces conductrices métalliques appelées armatures, en influence
mutuelle, séparés par un isolant (le diélectrique). Cet isolant peut être de l’air, du mica, de la céramique, un
polyester…
Le symbole est:
A
B
En convention récepteur, on représente I et
UAB par des flèches de sens opposé
I>0
UAB > 0
On notera qu'un circuit série comportant un condensateur est un circuit ouvert. Il ne laisse donc pas passer un
courant permanent. Un condensateur ne peut s'utiliser qu'en courant variable ou en régime transitoire.
II : Le condensateur, un dipôle stockeur de charges :
Objectif de l’expérience : Comprendre le fonctionnement d’un condensateur.
1)Matériel :
- un générateur de tension continue 6-12 V réglé sur 6 V
- un condensateur 100 F
- 2 DEL (rouge et verte)
- une résistance R = 27Ω
- un interrupteur 3 points
- deux multimètres
2) montage :
1
2
K
A
COM
E
DEL rouge
DEL verte
A
V
B
COM
3) Observations :
a)
Basculer l’interrupteur en position 1.
Observer les changements dans le circuit : Indiquer les modifications d’ordre électrique, en précisant si les
phénomènes observés sont durables.
b)
Lorsque la tension aux bornes du condensateur devient constante, indiquer l ‘état d’éclairement des
DEL.
c)
Basculer l’interrupteur en position 2. Observer à nouveau le comportement du circuit.
d)
Montrer qu’il y a eu déplacement de charges et indiquer le sens de déplacement des électrons et le
sens du courant.
e)
Citer l’élément du montage qui provoque le déplacement de charges.
4) Questions :
a)
Quelle constatation expérimentale permet d’affirmer que le déplacement des charges ne peut pas se
faire à l’intérieur du condensateur ?
b) En déduire le signe des charges stockées au niveau de chaque armature A et B du condensateur.
c) Sachant que la charge électrique totale est conservée dans le circuit, quelle est relation entre les
charges qA et qB stockée au niveau des bornes A et B ?
d) Le condensateur est dit « chargé » quand qA et qBsont différentes de 0. Que peut-on dire alors de la
tension uAB aux bornes du condensateur ?
e) En s’aidant des réponses précédentes, interpréter le phénomène observé lorsque l’interrupteur est
basculé en position 2.
partie B: Relation entre la charge d’un condensateur et la tension à ses
bornes.
Utilisation de l’interface d’acquisition
Objectif : Réaliser l’expérience de charge d’un condensateur à courant constant avec un logiciel d’acquisition de
mesure:
1) Montage :
Le générateur de courant est réglé à 1 mA à l’aide d’un ampèremètre.
2) Enregistrement des mesures :
n°
Tâches
1 Brancher la masse du montage et l’entrée EA0 pour réaliser la mesure de la tension à étudier.
2 Cliquer sur l'icône GTS2 du bureau de Windows
Vous avez un accès possible à 2 menus : Temporel et Synchronisation Pour entrer dans un menu : cliquer sur son
nom
Paramètres
Mode
Temporel
Abscisse
temps
calibre : -10/+10
Données sous forme de
Ligne
Axe vertical
Synchronisation
Trigger mode
Front
Entrée front
EF0
Pente
Montante
Monocoup
Balayage
Durée
Nombre
t
Fech
256
Se définit automatiquement
Se définit automatiquement
Choix de le voie
Cliquer sur V1
Entrée analogique
EA0 prise A
Grandeur Physique
Nom
Unité
Uc
V
Affichage
 10V
V>0
On lance manuellement l’acquisition en cliquant sur l'icône ……………. et on ouvre immédiatement l’interrupteur.
3) Courbe d’évolution de la tension aux bornes du condensateur.
On enregistre le tracé de uAM(t) sur une durée de 25 s, en gardant le courant constant à 1mA
a) Décrire la courbe obtenue. Que peut-on en conclure ?
b) Modéliser la courbe et écrire son équation :
4) Relation entre charge et tension :
On appelle charge du condensateur la valeur q de la charge portée par l’armature A.
a) Exprimer q en fonction de l’intensité I et du temps écoulé t depuis le début de la charge.
Coups de pouce :
- attention la charge du condensateur commence avec un certain retard, au moment oú le l’interrupteur est
ouvert..
- on définit l’intensité d’un courant comme étant la mesure de la quantité de charges traversant une section de
conducteur par unité de temps. i= dq/dt
b)
A l’aide du tableur, créer la grandeur calculée q pour chaque valeur de t, en utilisant l’équation donnée
précédemment.
Afficher la courbe q=f(uAM). Observer. Déterminer l’équation de la partie linéaire de la courbe à l’aide de
la modélisation.
c)
Trouver la relation qui existe entre la charge q du condensateur et la tension u à ses bornes .
d)
Montrer que la valeur de la constante obtenue à la question précédente est indépendante de la valeur
choisie pour l’intensité I.
Cette grandeur est la capacité caractéristique C du condensateur utilisé.