TP : Grandeurs périodiques n°2

Chapitre 4 : Condensateur et Champ électrique
Partie B.1.4 du programme officiel
TP Charge de condensateurs
Principe et intérêt du condensateur
I- Charge à courant constant
1/ Montage et mesures
Placer les appareils et faire le montage.
t(s)
0
30
60
90
120
180
210
240
270
300
330
360
390
434
437
480
510
540
570
u(V)
0
0,96
1,88
2,82
3,73
5,56
6,44
7,34
8,22
9,05
9,93
10,71
11,64
12,8
12,94
12,94
12,94
12,94
12,94
i(µA)
44
43,9
43,9
43,9
43,9
43,9
43,9
43,89
43,89
43,89
43,89
43,98
43,95
43,8
1
1
1
0,6
0,6
q(µC)
0
1317
2633
3950
5267
7900
9217
10534
11850
13167
14484
15833
17141
19009
437
480
510
324
342
intensité en fonction du temps
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0100 200 300 400 500 600
tension en fonction du temps
0
2
4
6
8
10
12
14
0100 200 300 400 500 600
caractéristique de la charge éléctrique en fonction de la
tension
q = 1484,7u - 216,95
-5000
0
5000
10000
15000
20000
0 2 4 6 8 10 12 14
2/ Capacité
Rappel : q=It
Loi expérimentale : q=Cuc
II- Association de condensateurs
1/ Association série
Ceq=
Error!
2/ Association dérivation
Effectuer la charge du condensateur à courant constant et tracer q(uCeq) : 2 condensateurs en dérivation se
comportent comme un condensateur équivalents. Ceq=C1+C2.
Remarque : c’est le contraire de l’association avec les résistances
A
+
q
C
uC
i

III- Charge sous tension constante
1/ Montage
On charge le condensateur à travers une
résistance R de 10k.
Faire le montage ci-contre.
Activer EA1 sur automatique.
On règle l’échantillonnage à 10µs et le
nombre de points à 1000.
On choisit également un seuil de
déclenchement de l’acquisition sur EA0 à
0,5V par exemple.
Rappel : i=dq/dt ceci correspond à la dérivée de la charge q. Pour obtenir q à partir de i, il faut utiliser la
fonction inverse de la dérivée c’est à dire l’intégration notée INTEG dans la feuille de calcul.
On cherche à tracer à l’écran l’évolution de q en fonction de uC.
On définit alors les variables dans la feuille de calcul :
uc=EA1
ug=EA0
R=10000
ur=ug–uc
i=ur/R
q=integ(i,t)
On représente ensuite q en fonction de uc dans la fenêtre 2 en choisissant uc comme abscisse : cette
courbe est la caractéristique du condensateur. Décrire cette courbe.
2/ Modélisation
a) Détermination de C1
Tracer une droite moyenne et relever le coefficient directeur.
q=C1xuc donc C1 est le coefficient directeur ce qui correspond ici à la capacité du condensateur exprimée
en farads( F).
Vérifier que cette valeur est bien celle du fabricant.
b) Détermination de C2
On remplace le condensateur par un condensateur de capacité différente.
Pour éviter un bug du logiciel, dans la fenêtre 2, remettre l’abscisse T puis faire une acquisition et
représenter à nouveau q(uc).
Comme précédemment déterminer la capacité C2 de ce condensateur.
3/ Association série
Faire de même avec deux autres condensateurs puis avec leur association en série.
Pour ces mesures prendre 10000points.
4/ Conclusion
Reporter la conclusion de ces mesures expérimentales sur le cours.
ug
ur
uc
EA0
EA1

Cours
I- Présentation
1/ Symbole
Un condensateur est un dipôle :
Un condensateur plan est constitué de 2 armatures séparées par un isolant
Remarque : C est la grandeur caractéristique du condensateur (comme R pour un résistor) et son unité est
farad (F). Ordres de grandeurs (C=S/e).
2/ Energie emmagasinée
Expérience : charger un condensateur de capacité C=4700µF avec sous une tension U=20V (attention à la
polarité : la borne moins est indiquée par la flèche noire 0), débrancher puis placer le condensateur aux
bornes d’une lampe ou d’un moteur.
Conclusion : le condensateur peut stocker de l’énergie. (manip cours : 8condo4,7mF en // alimentés par
géné 12V pour condos aux bornes MCC12V)
Formule de l’énergie stockée : W=
Error!
CU²
Application : calculer l’énergie stockée dans ce cas.
II- Charge d’un condensateur à courant constant
1/ Evolution des grandeurs électriques
2/ Principe
Le générateur joue le rôle de pompe à électrons : tant que l’ampèremètre voit passer des électrons il
indique une intensité.
Une différence de potentiel est due à une différence de charge donc la tension aux bornes du condensateur
augmente.
Interpréter les courbes de i et uC en décrivant le déplacement des électrons.
3/ Caractéristique (voir TP)
Les grandeurs caractéristiques sont q et uC pour le condensateur (U et I pour le
résistor).
Quelle est la nature du dipôle ? Le dipôle est passif car la caractéristique passe par zéro.
Calculer le coefficient directeur, sachant que son unité est le farad : comparer avec la valeur théorique de
la capacité C du condensateur.
Exprimer q en fonction de uC et C : q=CuC.
III- Association de condensateurs
1/ En dérivation
Effectuer la charge du condensateur à courant constant et tracer q(uCeq) : 2 condensateurs en dérivation se
comportent comme un condensateur équivalents. Ceq=C1+C2.
Remarque : c’est le contraire de l’association avec les résistances
2/ Association série
Ceq=
Error!
C
C
ou
ou
C
+
A
+
q
C
uC
i
i
uC
t
t
q
uC
C

IV- Loi d’Ohm en instantanée
1/ Convention récepteur
Exprimer i en fonction de q et t (voir cours sur l’intensité en instantané) : i=
Error!
.
En déduire, grâce à q=CuC, l’expression de i en fonction de C, uC et t : i=C
Error!
. Si u est linéaire,
i=Cu/t, retrouver i de la manip précédente
2/ Convention générateur
Exprimer i en fonction de C, uC et t : i= – C
Error!
V- Champ électrique
1/ Lignes de champ électrique
Si on place un électron entre deux armatures métalliques, il est attiré par la plaque
chargée positivement (en effet la charge d’un électron est négative).
2/ Vecteur champ électrique
Tracer la force électrostatique F subie par l’électron et le champ électrique E qui en est l’origine
sachant que ;F=q ;E
E est orienté suivant les potentiels décroissant.
E=U/d avec avec U la différence de potentiel entre les plaques et d la distance qui les sépare.
Donner l’unité de E : E est en V/m.
3/ Application
Citer une application de ce phénomène : oscilloscope.
+
+
+
+
e–

Exercices sur condensateur et champ électrique