TP Un dipôle actif : le condensateur

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Classe :
Ph. Georges TP-Sciences 1/6
ÉTUDE D’UN DIPÔLE ACTIF : LE CONDENSATEUR
OBJECTIFS
- Observer le comportement du condensateur en régime continu.
- Observer les périodes de charge et de décharge d’un condensateur avec un ampèremètre et un voltmètre.
MATÉRIEL
- alimentation stabilisée réglable (tension max: 30 V)
- lampe 6 V ; 0,1 A
- condensateur électrochimique C = 1 000 F
- 2 résistors de résistance 1 k
- 2 ampèremètres analogiques, calibre 100 mA
- 1 voltmètre analogique ou numérique
1- EXPÉRIENCE 1 : Comportement du condensateur en régime continu
- Ajuster la tension aux bornes du générateur à 6 V (si le générateur n’a pas d’indication de tension, on
place un voltmètre à ses bornes).
- Vérifier l’état de fonctionnement de la lampe.
- Réaliser le montage ci-contre.
Attention aux pôles du condensateur.
E = 6 V
Lampe 6 V ; 0,1 A
C = 1 000 F
Appel n° 1 : Faire vérifier le montage
- Mettre sous tension
Qu'observez-vous ? ……………………………………………………………………………………
- Augmenter progressivement la tension aux bornes du générateur jusqu’à 12 V.
Qu'observez-vous ? ……………………………………………………………………………………
Conclure ………………………………………………………………….…………………………
- Relier directement après cette expérience le condensateur à la lampe.
Qu'observez-vous ? …………………………..……………………………….………………………
Quel fût le rôle du condensateur ? ……………………………………………………….…………..
C
E
+

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2 - EXPÉRIENCE 2 : Mise en évidence expérimentale des périodes de charge et de décharge
- Réaliser le montage ci-dessous.
Utilisation d'ampèremètres analogiques et d'un voltmètre analogique ou numérique.
L'inverseur bipolaire sera simulé.
Attention : il faut veiller à la polarité des ampèremètres, notamment le n° 2, car le condensateur
fonctionne soit en récepteur, soit en générateur.
E = 6 V
C = 1 000 F
R1 = R2 = 1 k
Appel n° 2 :
Faire vérifier le montage
- Interrupteur en position 1.
Qu'observez-vous ?
Le condensateur fonctionne en …………………… .
- Interrupteur en position 2.
Qu'observez-vous ?
Le condensateur fonctionne en …………………… .
Remarque : en modifiant les valeurs de R1 et R2 on observe un ralentissement ou une accélération des
phénomènes précédemment observés.
On interprète les phénomènes observés en expliquant la présence d’un courant dans chacun des
circuits pendant deux périodes dites de charge et de décharge. Le condensateur est un dipôle actif.
V
A1
A2
R2
R1
E
+
+
inverseur 1
bipolaire 2

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On considère les courbes de charge et de décharge, pour une durée d’enregistrement des mesures de 10 s,
pour les valeurs suivantes : E = 20 V, C = 1 000 F et R = 2 000 .
Ces courbes sont symétriques par rapport à un axe passant par leur point d’intersection.
3- EXPÉRIENCE 3 : Influence de la valeur de la résistance R
On s’intéresse à la courbe de charge pour 4 valeurs différentes de R.
Que pouvez vous conclure ?
………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………………………...
Commentaire : le condensateur a été déchargé entre deux séries de mesures.
u (V)
t (s)
CHARGE
DÉCHARGE
1
2
3
4
u (V)
t (s)
enregistrement n° 1 : R1 = 2 000 
enregistrement n° 2 : R2 = 4 000 
enregistrement n° 3 : R3 = 6 000 
enregistrement n° 4 : R4 = 8 000 
C = 1 000 F ; E = 20 V

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4 - LA RECHERCHE D’UN MODÈLE MATHÉMATIQUE POUR LA DÉCHARGE.
Les outils mathématiques acquis en terminale vont vous permettre de modéliser la courbe de
décharge du condensateur.
On travaille avec l’enregistrement de décharge réalisé avec E = 20 V , C = 1 000 F et R = 2 000 
pour une durée d’enregistrement des mesures de 10 s.
La courbe u = f(t) correspond aux valeurs expérimentales.
Les points correspondant à la courbe expérimentale u = f(t) ne sont pas reliés sur les deux premiers graphiques qui suivent.
La courbe u’ = f(t) correspond au tracé de la fonction mathématique.
Le modèle proposé convient-il ? …………………………………………………………………..
Le modèle proposé convient-il ? …………………………………………….………………………
t (s)
1ère proposition de modèle : u' = e t
u (V) u’ (V)
u(t)
u’(t)
2ème proposition de modèle : u' = e – t
u(t)
u (V) u’ (V)
u’(t)
t (s)

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Le modèle proposé convient-il ? .……………………………………………………………………
Le modèle proposé convient-il ? ………………………………………………………………………
Méthode de linéarisation de la courbe : passage de la forme exponentielle à la forme logarithmique
Pour affiner la valeur des coefficients, on va « linéariser » la courbe. On va « prendre » le
logarithme de l'expression de la tension aux bornes du condensateur.
La courbe de décharge du condensateur a pour forme :
CRt
eEu 
On considère le logarithme de cette équation : ln u = –
Error!
t + ln E
On va rechercher graphiquement les coefficients de cette équation de la forme y = ax + b.
Tracer la courbe ln u = f(t) sur papier « semi-log » à partir du tableau de mesures (t , u).
u (V) u’ (V)
4ème proposition de modèle : u' = 20 e– 0,5 t
t (s)
u’(t)
u(t)
t (s)
3ème proposition de modèle : u' = 20 e – t
u (V) u’ (V)
u(t)
u’(t)