Le dipôle RC 1) Étude chronométrée de la décharge du

Le dipôle RC
1) Étude chronométrée de la décharge du condensateur
a) dispositif expérimental
- Réaliser le montage ci-contre. Les valeurs des résistances sont R = 470 Ω et
R’ = 33 kΩ. (On prendra soin de laisser les interrupteurs ouverts et d’utiliser les
couleurs des fils à bon escient). Respecter la polarité du condensateur.
- Reproduire le schéma du montage puis y représenter un voltmètre, avec les bornes
“COM” et “V”, permettant de mesurer la tension UAB aux bornes du condensateur.
- Ajouter le voltmètre dans le circuit. Vérifier que le condensateur est déchargé.
- L’interrupteur (K2) restant ouvert, fermer l’interrupteur (K1). Ajuster la tension aux
bornes du générateur afin de fixer UAB = 8,0 V lorsque le condensateur est chargé.
b) protocole expérimental
- Reproduire le tableau suivant :
- Vérifier que le condensateur est chargé, puis ouvrir (K1). Fermer (K2) et déclencher simultanément le chronomètre. Compléter
le tableau de la question précédente.
- Tracer la courbe uAB = f(t) sur une feuille de papier millimétré.
c) exploitation des résultats
- Au bout d’une durée égale à la constante de temps τ, la tension aux bornes du condensateur est égale à 37 % de la tension
initiale. Déterminer graphiquement τ.
- Rechercher le point d’intersection de la tangente en t = 0 de la courbe uAB = f(t) avec l’axe des abscisses. Conclure.
- Calculer la constante de temps théorique τth = R’C. Comparer les valeurs de τ et τth.
- Calculer l’écart relatif
th
th
et l’exprimer en pourcents.
2) Simulation d’un flash
- Pour simuler un flash, on ajoute en série dans le circuit de décharge du condensateur une diode électroluminescente DEL
polarisée. Celle-ci devant éclairer pendant une durée courte, la constante de temps τ’ du circuit de décharge doit être petite.
Doit-on remplacer R’ par R’’ = 10 Ω ou par R’’ = 100 kΩ ?
Reproduire le nouveau schéma du montage.
- Réaliser le montage (interrupteurs ouverts), charger le condensateur puis le décharger dans le circuit de décharge.
- Durant cette manipulation le condensateur reste partiellement chargé. Proposer une méthode permettant de décharger
complètement le condensateur.
- Le décharger.
3) Utilisation de l’interface
a) dispositif expérimental
Réaliser le montage ci-après avec R = 500 Ω (avec une boîte de résistances), C = 1000 μF.
Le générateur de tension E est dans l’interface et on utilisera les sorties analogiques (bornes SA1 et )
Par ailleurs, le condensateur étant polarisé, vous le brancherez avec se borne – du côté de la masse.
La boîte de résistance est à brancher selon le schéma ci-dessous.
Reproduire le schéma du montage en y faisant figurer les branchements à l’interface permettant d’obtenir sur la voie « EA0 » la
tension « uC » aux bornes du condensateur.
Réaliser ces branchements à l’interface.
temps (s)
0
10
20
…..
200
uAB (V)
…..
R
(K2)
R’
+
-
(K1)
Branchement des boîtes de résistances
SA1
500 Ω
1000 μF

b) réglage de Latis
Cliquer sur l’icône , dans la case “total” (dans le champ acquisition) rentrer une durée de 10 s, cliquer sur EA0.
Cliquer sur l’icône puis double-cliquer sur « EA0 », donner comme nom : « uC ».
Cliquer sur puis cocher « Sortie active », choisir un signal « carré » et décocher « mode GBF ».
Sélectionner un « minimum » de 0,00 un « maximum » de 5,00 et un « Nb de Périodes » égal à 1.
Cliquer sur l’icône , décocher “Mode permanent” ou vérifier qu’il l’est.
c) acquisition
Taper F10 ou cliquer sur l’icône (celle présente dans le haut), observer.
Pour agrandir le graphe, faire un clic droit dans la fenêtre du graphe et choisir « Calibrage ».
Renommer la courbe SA1 en lui donnant le nom E et glissez-la dans la fenêtre graphique.
Vous voyez alors l’allure de la tension délivrée par le générateur de l’interface entre ses bornes de sortie SA1 et la masse : c’est
un échelon de tension.
Représenter l’allure de cette tension en fonction du temps ?
d) influence de R et C
Pour étudier l’influence de la valeur de la capacité ou de la résistance sur le temps de charge du condensateur, il faut cliquer
dans les paramètres d’acquisition sur « Ajouter les courbes ».
En gardant R = 500 Ω, remplacer le condensateur par un autre de capacité différente et refaire une acquisition qui sera
superposée à la première. Changer encore une fois C et refaire une troisième acquisition.
Retirer toutes les courbes de la fenêtre graphique, glisser uC{1} dans la fenêtre 1 et faire, pour C = 1000 μF, 2 acquisitions avec
1 valeur de R > 500 Ω et 1 valeur de R < 500 Ω.
La charge et la décharge du condensateur sont-elles instantanées ?
Pour R donnée quelle est l’influence de C sur le temps de charge ?
Pour C donnée quelle est l’influence de R sur le temps de charge ?
4) Modélisation et traitement
a) la courbe uC = f(t)
Retirer toutes les courbes tracées et glisser dans la fenêtre1. Pour modéliser, cliquer sur , si besoin cliquer , glisser
« uC{1} » dans « Courbe à modéliser », choisir « Modèle utilisateur », sous « Formule » mettre l’expression :
A*(1-Exp(-x/tau)), sélectionner le début et la fin de la partie de la courbe à modéliser (ici la charge) en déplaçant les droites
verticales en pointillés présentes sur le graphe. Cliquer sur « Calculer le modèle », si cela ne fonctionne pas mettre les valeurs
attendues pour A et tau dans la partie « Coefficient ».
Noter la valeur de tau, ainsi que l’équation numérique de la fonction uC = f(t).
Fermer la fenêtre modélisation, cliquer droit sur le graphe, choisir « Créer droite », tracer la tangente à l’origine, cliquer droit
pour « Terminer », à l’aide du réticule mesurer τ, il correspond à l’abscisse du point d’intersection de la tangente à l’asymptote
de la fonction uC = f(t), c’est également l’abscisse du point pour lequel la tension est égale à 63 % de son maximum. Comparer à la
valeur obtenue par modélisation. Comparer à la valeur théorique.
b) l’intensité
Dans la fenêtre du graphe, faire un clic droit et choisir « Retirer toutes les courbes ».
Cliquer sur l’icône Tableur . Faire apparaître la liste des courbes et glisser la courbe uC{1} dans la première colonne du
tableur. Faire un double clic pour faire apparaître le temps.
Glisser E dans la troisième colonne.
Dans la fenêtre du tableur, choisir le menu « Variable » puis « Nouvelle ». Donner comme « Nom de l’ordonnée » uR avec comme
« Unité de l’ordonnée » le volt.
Sélectionner la colonne de uR et écrire dans la case fx « =E-uC » et valider.
Créer de la même façon le courant i avec l’unité adéquat et la formule « =uR/500 ». (500 correspondant à la valeur de R en Ω)
Attention ! Si votre valeur de R est différente adapter la formule à votre valeur de R. Fermer le tableur
Afficher la courbe i = f(t).
Comment varie i(t) au cours de la charge ?
Quelle est la valeur de i à t = 0 ? Cette valeur était-elle prévisible ?
Quelle est la valeur de i en fin de charge ? Cette valeur était-elle prévisible ?
c) la décharge
Faire les mêmes modélisations pour la décharge du condensateur.