Circuit nom de code RC

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Chap. P6
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CIRCUIT NOM DE CODE « RC »
TP P5
Objectifs : Étudier un dipôle particulier, le ……………………, et son comportement dans un circuit dit « RC ».
Compte rendu : Réponds aux questions, donne les conclusions et joins les impressions de tes graphes.
EXPERIENCE PREALABLE
On branche une DEL aux bornes du dipôle (dont le symbole est représenté ci-contre). Décris
brièvement :
___________________________________________________________
___________________________________________________________________________
Complète le circuit en l’orientant de manière à ce que la DEL brille. Donne ensuite le sens de
circulation des charges.
Ce dipôle n’est pourtant pas un générateur : Comment le vérifier ? ______________________
___________________________________________________________________________
PROBLEMATIQUE
Il serait intéressant d’en savoir plus sur ce dipôle et son rôle dans un circuit.
On serait alors à même de donner une explication à l’expérience précédente…
EXPERIENCE 1
INFORMATION
 On ne sait pas mesurer directement une charge électrique, toutefois si l’intensité du courant est constante, on peut
connaître la charge ayant circulé dans ce circuit pendant la durée t :
Q = I . t où Q est la charge électrique exprimée en coulomb
Pour aller plus loin, on peut considérer que la charge est une variable par rapport au temps :
q(t) = I . t
 Pour que l’intensité reste constante, on doit utiliser un générateur de courant stabilisé (différent des générateurs à
tension stabilisée que
l’on utilise habituellement).
Voici les différences :
Générateur
de tension
Générateur de courant
U
Symbole :
Caractéristique :
U
Symbole :
E
I
+
I0
I
+
PROTOCOLE
- Vérifie à la fermeture de l’interrupteur K, le courant est constant. Note sa
valeur (calibre : 2 mA) : I0 =__________________________________
- Dans un tableau, relève les valeurs de uC toutes les minutes jusqu’à
uC = 2,5 V. on dit que le dipôle se charge.
- Oriente le circuit et donne la circulation des charges : Que se passe-t-il
sur l’armature A ? __________________________________________
_________________________________________________________
Même question concernant l’armature B ? ________________________
_________________________________________________________
A
IO
Calibre : 2 mA
+
A
V
uc
B
K
EXPLOITATION
- Construis la courbe uC = f(t) à l’aide de LOGGERPRO par exemple. Modélise et imprime.
- Trouve l’expression mathématique reliant la charge qA de l’armature A à la tension uC aux bornes du condensateur à
l’aide des relations obtenues précédemment.
- On appelle capacité la constante qui apparaît. Quelle est son unité ? Propose.
- Compare la valeur trouvée avec la valeur du constructeur. Comment expliquer cet écart ?
CONCLUSION INTERMEDIAIRE 1
Vous l’avez deviné, ce dipôle est un … Il est caractérisé par sa capacité, notée C et exprimée en
farad (noté F) : Donne la relation exprimant la charge présent sur une armature en fonction de la
tension aux bornes du condensateur, puis montre que le farad est une unité équivalente à C.V -1.
On s’est rendu compte qu’il se chargeait quand il était soumis à une tension. Il serait intéressant
d’étudier de plus près ce phénomène : Comment se fait une charge ? Par conséquence, à quoi peut
bien servir cette accumulation de charges ? D’ores et déjà, fais des hypothèses…
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EXPERIENCE 2
Nous allons étudier la charge d’un condensateur : Attention, on utilise un générateur de tension stabilisée (6V continu) !
L’intensité n’est donc plus une constante mais une fonction du temps : On la note i(t).
PROTOCOLE
- Le schéma ci-contre sert à charger le condensateur : C’est pour cela
que l’interrupteur est en position 1. Donne le sens du courant, précise
le sens de circulation des charges et prévois qualitativement la
charge aux armatures ( +q ou –q).
- Réalise le montage et présente-le au professeur pour vérification. Il
appréciera, comme tout bon examinateur du bac, qu’il soit le plus
clair possible (pas de fils emmêlés…) et que le générateur soit éteint.
- Prépare un chronomètre et un tableau de valeurs afin de mesurer la
tension uC aux bornes du condensateur toutes les 15 s pendant 6
minutes environ... Enfin prêt, bascule l’interrupteur en position 1 ! Il
est possible vers la fin de noter la tension toutes les 30 s.
1
10 k
i
R
2
+
C
E
UC
V
EXPLOITATION
- Mesure la fém E du générateur. Compare uC et E : Conclus.
- Trace, dans LOGGERPRO par exemple, la courbe uC = f(t). Cette allure doit t’interpeller ! Alors ?
- Détermine la constante de temps que l’on obtient quand uC() = 0,63 E. vérifie par ailleurs que le condensateur est
quasiment chargé pour t = 5.
- Imprime le graphique et trace à main levée la courbe. Trace ensuite la tangente à l’origine : Elle coupe l’asymptote
uC = E en un point. Quelle est l’abscisse de ce point ? Conclus.
- Cela te servira à trouver la bonne modélisation.
EXPERIENCE 2 (SUITE)
QUESTIONS
- Que se passe-t-il, au bout d’un certain temps, quand on a éteint le générateur? ______________________________
_____________________________________________________________________________________________
- Comment faire pour accélérer ce phénomène ? Propose : _______________________________________________
_____________________________________________________________________________________________
PROTOCOLE
- Sur le schéma ci-contre, le condensateur est chargé, comme en
témoigne les notations correspondant à chaque armature.
- Place l’interrupteur de manière à ce que le condensateur se
décharge à travers la résistance. Précise le sens du courant.
- Si ton condensateur a été totalement ou partiellement déchargé lors
des expériences précédentes, pense à le charger, comme tu sais
désormais le faire, avant de faire la suite.
- Refais le montage si nécessaire et présente-le éventuellement au
professeur pour vérification.
- Prépare un chronomètre et un tableau de valeurs afin de mesurer la
tension uC aux bornes du condensateur.
1
i
R
2
+
E
+q
uC=E
V
-q
EXPLOITATION
- Utilise LOGGERPRO pour tracer la courbe uC = f(t), la modéliser et obtenir les grandeurs caractéristiques. Imprime.
Tu peux procéder aux mêmes calculs que précédemment.
- Vérifie, par le calcul, la valeur de la constante de temps sachant que  = R.C : Compare avec les valeurs obtenues
par les deux méthodes graphiques (tangente à l’origine et 63 % de la charge disparue) et commente.
CONCLUSION INTERMEDIAIRE 2
Comment se font la charge et la décharge d’un condensateur ? Précise notamment les variations de
la tension aux bornes du condensateur et prévois les variations de l’intensité du courant dans le
circuit « RC ».
La charge (comme la décharge) n’est pas instantanée : Quelle grandeur caractéristique permet de
le montrer ? Comment, connaissant les caractéristiques de chaque dipôle, peut-on prévoir sa valeur
et, par conséquence, la durée de la charge ? Explique en rappelant la formule intéressante.
CONCLUSION
Donne une explication sommaire à la première expérience (réalisée par le professeur). En termes
d’énergie qu’est-ce que cela veut dire ? Précise le rôle du condensateur dans cette expérience.
Tiens, d’ailleurs saurais-tu la refaire ? Donne le protocole.
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