ipole RL
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TP ELECTRICITE 3 Le dipôle RL I- QU’EST-CE QU’UNE BOBINE ? Une bobine est constituée d'un enroulement serré de fil conducteur enrobé d'un matériau isolant. Ce fil conducteur présente le plus souvent une résistance r de faible valeur. Toute bobine est caractérisée par une grandeur L appelée inductance, exprimée en Henrys (H). L’inductance est toujours positive. Elle est indiquée sur chaque bobine (souvent en mH). Une bobine de résistance r est équivalente à l'association en série d'une bobine de résistance nulle et d'un conducteur ohmique de résistance r, nous utiliserons la représentation symbolique suivante : L,r i ou uL On peut montrer que l’inductance L dépend des caractéristiques de la bobine (son nombre de spires, sa longueur et la surface des spires). La présence d’un noyau de fer ou d’acier plus ou moins enfoncé dans la bobine permet d’augmenter ou de diminuer son inductance L : on a ainsi une bobine d’inductance L réglable. II- Expression de la tension aux bornes d’une bobine Schéma du montage : 2 UL UR 1 La tension délivrée par le GBF est une tension triangle (ou dents de scie) sans décalage. Sa fréquence est de 200Hz. Régler la valeur de L à 0,5H en enfonçant plus ou moins le noyau de fer doux dans la bobine. La valeur de R est de 10kΩ, valeur suffisamment importante pour rendre négligeable UL par rapport à UR (voir pourquoi dans la suite). La résistance interne de la bobine est négligeable, la bobine est alors considérée idéale Observez sur l’oscilloscope les tensions uL et uR Interprétation de la forme de uR: La valeur de uR est largement supérieure en valeur à celle de uL. Par conséquent uR≈Ug. Donc uR est bien une tension triangle. 1. En remarquant que i varie linéairement sur chaque demi période, trouvez l’expression de la pente de la droite. 2. En déduire l’expression de 𝑑𝑖 𝑑𝑡 Mesurer la valeur de 𝑑𝑖 𝑑𝑡 à l’oscilloscope (pour l’oscilloscope numérique metrix, utiliser les curseurs. Se référer à la notice.) Mesurez la valeur uL aux bornes de la bobine ? UL 3. Calculez le rapport di dt Vérifiez que ce rapport correspond a valeur de l’inductance L de la bobine, dont vous mesurerez précisément la valeur directement en utilisant le RLC mètre. Pour toute mesure directe, enlevez d’abord le dipôle du circuit. 4. Doublez la fréquence de la tension délivrée par le GBF. Comment évolue uL ? est ce normal ? 5. Pour conclure, écrire l’expression de la tension aux bornes d’une bobine d’inductance L traversée par un courant i variable. 6. Que devient cette expression si la résistance interne de la bobine n’est pas négligeable ? III Réponse d’une bobine à un échelon de tension. Le générateur délivre à présent une tension en créneaux décalée de E/2. Il s’agit alors d’un échelon de tension, qu’on appelle signal TTL. Les sorties TTL sont au dos de l’appareil. La fréquence sera réglée à 5kHz. La tension varie donc de 0V à +E. le montage n’est pas tout à fait le même que précédemment. On remplacera la grosse bobine par des petites on utilisera une plaque la masse ne se trouve plus au milieu de L et R 1. Visualisation simultanée des tensions Ug et UR. 1.1 Sur le schéma du montage, replacer les branchements voie 1 et voie 2 de l’oscilloscope, permettant de visualiser la tension aux bornes du générateur et du conducteur ohmique. Observer ces deux tensions. Faites en sorte d’avoir une période à l’écran. 1.2 Représenter les signaux observés sur l’oscillogramme 1 a. Distinguer sur l’oscillogramme 1 l’établissement et la rupture du courant. Donnez un titre à cet oscillogramme. b. Justifiez l’expression « établissement et rupture du courant ». c. Commenter l’allure de la courbe i(t). Est – elle continue ? 2. La constante de temps. Afin d’étudier l’influence de la résistance et de l’inductance sur la constante de temps, vous modifierez R en mettant les résistances à disposition en dérivation et vous utiliserez une des deux inductances. Nous désirons étudier 3 cas : Cas 1 Cas 2 Cas 3 Couple résistance et R1=10 kΩ R2=5kΩ R1=10 kΩ inductance. L1 = 100 mH L1 = 100 mH L1 = 50 mH 2.1 Dessinez de trois couleurs différentes les courbes observées pour chaque cas (oscillogramme 2) 2.2 Pour chacun des 3 cas, déterminer le temps τau bout duquel le signal a atteint 63% de son maximal et en déduire la valeur de τ. (pour l’oscilloscope numérique metrix, utiliser les curseurs. Se référer à la notice.) 2.3 Exploitation des résultats : Quand la résistance est divisée par deux, comment évolue τ ? Quand l’inductance est divisée par deux, comment évolue τ ? Sans vouloir réaliser une étude aussi complète que dans le cas du dipôle RC, déduire de ces observations l’expression de τ en fonction de R et L. 3. Visualisation simultanée des tensions Ug et UL. Intervertir les dipôles R et L dans le montage. 3.1 Représenter sur l’oscillogramme 3 l’oscillogramme observé. Faites apparaître E et 0 V. 3.2 Que représente alors le signal visualisé en voie 2 ? 3.3 Quels sont les signes et l’évolution de la tension observée en voie 2 lors de l’établissement et la rupture du courant ? 3.4 La courbe UL(t) est –elle continue ?
