T - La physique appliquée en STI

1GE
TP-cours
ETUDE DES DIPOLES PASSIFS EN REGIME SINUSOÏDAL.
Montage d’étude. On donne le montage utilisé pour toute l’étude.
Voie A
i (t)
u(t)
Dipôle étudié. ( R, L ou C)
G.B.F.
Résistance image du courant
r = 12 
I.
Voie B
Etude expérimentale du condensateur.
Le premier dipôle étudié est un condensateur de capacité C = 4,7 µF.
A/ Mesure du déphasage.
1) Réaliser le montage.
2) Régler le GBF pour que la tension soit sinusoïdale de fréquence f = 90 Hz et que la valeur efficace U
de la tension aux bornes du dipôle étudié soit U = 4 V
3) relever ci-dessous la tension aux bornes de C notée u (t) et de r image en fait du courant i (t).
4) Mesurer le déphasage à l’oscilloscope U/I introduit par le condensateur et noter sa valeur en radian
Voie A
Tension
visualisée
Couleur
Sensibilité
Vitesse de balayage
puis en degré
La tension aux bornes d’un condensateur est déphasée par rapport aux courant le traversant.
Le déphasage vaut U/I = ………….
Le signe indique que le courant est en ……………………… par rapport à la tension.
Voie B
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TP-cours
B/ Etude du comportement du condensateur en fonction de la fréquence
Pour cette étude la tension U est fixée à 4 V. Attention ! ! ! Veiller à ce que U reste égale à 4 V.
1) Mesures : Pour des fréquences f variant de 50 Hz à 800 Hz, relever la valeur efficace du courant I
et regarder comment évolue le déphasage U/I.
2) Puis calculer la valeur de la pulsation  et du rapport Error! pour chaque fréquence.
Fréquence f
(Hz)
Courant I
(mA)
Calcul de la pulsation
 (rad/s)
Error!
50
100
200
400
600
800
3) Tracé de Error!= f (  ) à tension U constante.
On note le rapport
U = Z, Z étant appelé l’impédance du dipôle en ohms.
I
4) Quelle est l’allure de cette caractéristique ? En calculant la pente de cette caractéristique, quelle
donnée retrouve-t-on ?
On en déduit que Error! = pente ., mais la pente = ………… , or Z = U
I
donc ZC =
L’impédance du condensateur varie en fonction de la fréquence.
Récapituler les résultats précédents dans le tableau suivant.
Propriétés d’un condensateur de capacité C.
Expression de l’impédance ZC en fonction de .
ZC = ....................
Déphasage U/I introduit par le condensateur.
U/I = .................
II.
Etude expérimentale de la bobine.
Le second dipôle étudié est une bobine d’inductance L = 0,1 H.
A/ Mesure du déphasage U/I de la tension u(t) par rapport au courant i(t).
1) Régler le GBF pour que la tension soit sinusoïdale de fréquence f = 1000 Hz et que la valeur efficace
U de la tension aux bornes du dipôle étudié soit U = 4 V
2) relever la tension aux bornes de L notée u (t) et de r image en fait du courant i (t).
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TP-cours
Voie A
Voie B
Tension
visualisée
Couleur
Sensibilité
3) Mesurer le déphasage U/I introduit par la bobine et noter sa valeur.
 U/I =
Pour une inductance, le courant est en retard par rapport à la tension.
B/ Etude de l’impédance ZL en fonction de la fréquence f :
Pour cette étude la tension U est fixée à 4 V.
4) Mesures : Pour des fréquences f variant de 100 Hz à 1 kHz, relever les valeurs du courant I et
mesurer le déphasage
U/I introduit par la bobine. Attention
! ! ! Veiller à ce que U reste égale à 4 V.
5) Calculer la valeur de la pulsation  et la valeur Error! pour chaque fréquence.
Fréquence f
(Hz)
Courant I
(mA)
Calcul de la pulsation

ZL = Error!
100
200
400
600
800
900
1000
6) Tracé ZL = f (  ) à tension U constante.
7) Exploitation. Quelle est l’allure de cette caractéristique ?
8) En calculant la pente de cette caractéristique, et en raisonnant de la même manière que pour le
condensateur , retrouver la valeur de l’impédance de la bobine.
ZL = pente .  donc ……….
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TP-cours
Récapituler les résultats précédents dans le tableau suivant.
Propriété d’une bobine d’inductance L.
Expression de l’impédance ZL en fonction de .
ZL = ....................
Déphasage U/I introduit par la bobine.
III.
U/I = .................
Etude de la résistance :
Reprendre le même protocole expérimentale que précédemment pour une résistance R = 100 Ω
1) Mesure de déphasage. Pour cette étude, on réglera f = 50 Hz et U = 4 V
2) Etude de la résistance en fonction de la fréquence
3) Faire varier la fréquence entre 50 et 1000 Hz et remplir le tableau ci-dessous
Fréquence f
(Hz)
Courant I
(mA)
Déphasage U/I
(rad)
Calcul de la pulsation
 (rad/s)
ZR = Error!
50
200
400
600
800
1000
4) Conclusion.
IV.
Conclusion :
Le comportement d’un dipôle dépend de la fréquence à laquelle on l’utilise. Ce comportement dépend de
l’impédance Z du dipôle. En résumé :
- pour une bobine :
ZL =
et
U/I =
vecteurs de Fresnel U et I
pour un condensateur ZC =
vecteurs de Fresnel U et I
-
pour une résistance ZR =
vecteurs de Fresnel U et I
-
U/I =
U/I =