Echanges d`énergie dans un circuit électrique (RLC)
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Habitat TP 2C Echanges d’énergie dans un circuit électrique (RLC) TP 1STI2D Capacités - Analyser les échanges d’énergie dans un circuit électrique exigibles : - Visualiser une représentation temporelle de ces grandeurs et en analyser les caractéristiques Le circuit électrique suivant est en fait composé de deux sous-circuits que l’on peut fermer l’un après l’autre à l’aide de l’interrupteur à 2 positions. E1 E2 D Voie 1 (EA1) E L Uo + G - + C uC - C R = 10 uR A R L=1H B Voie 2 (EA2) C = 10 μF Le premier circuit, une fois fermé (position E1 de l’interrupteur), permet de charger le condensateur, c’est-à-dire que le générateur va fournir de l’énergie électrique au condensateur qui va la stocker. Une fois le condensateur chargé, celui-ci va pouvoir se décharger à travers le deuxième circuit (positon E2 de l’interrupteur) constitué d’une bobine et d’une résistance. Dans un premier temps, on cherche à visualiser les tensions aux bornes du condensateur C et aux bornes de la résistance R lors de la décharge du condensateur. Celle-ci étant très rapide (à peine quelques dixièmes de secondes), on utilisera non pas un oscilloscope mais une interface d’acquisition relié à un ordinateur (et le logiciel LatisPro). 1 Réalisation du montage et réglages de l’acquisition Dans l'ordre, réaliser les opérations suivantes : Utiliser le diaporama pour s’aider Ajuster la tension aux bornes du générateur afin de fixer Uo = 5,0 V. dans la réalisation du montage Réaliser le montage en respectant les polarités (+/-) indiquées sur le (bien respecter la construction condensateur. On commencera par réaliser le circuit de charge du logique et les couleurs des fils condensateur (à gauche) puis on réalisera le circuit de décharge dans la pour se repérer). bobine et la résistance. L’interrupteur serait réalisé à l’aide d’un simple fil que l’on fixera au point E (interrupteur ouvert au départ). Terminer par les branchements nécessaires sur la plateforme d’acquisition : masse, voies 1 et 2 d’acquisition (entrées EA1 et EA2 sur la plateforme). Sur l’ordinateur, ouvrir le logiciel LatisPro et effectuer les réglages suivants : Cliquer sur les entrées analogiques EA1 et EA2 pour les sélectionner. Faire un clic droit sur ces deux entrées et sélectionner « Propriétés de la courbe ». Renommer EA1 en Uc et EA2 en UR, choisir des croix rouge pour Uc et des croix bleues pour UR. http://lefevre.pc.free.fr Choisir une durée totale d’acquisition de 100 ms et un nombre de points égal à 100 (soit une période d’acquisition de Te = 1 ms). Pour le déclenchement, choisir UR comme source, dans le sens montant, avec un seuil de 0,01 V. Appeler le professeur pour vérification 2 Charge et décharge du condensateur Basculer l’interrupteur en position E1 pour charger le condensateur (cela prend quelques centièmes de secondes). Déclencher l’acquisition en appuyant sur Basculer ensuite l’interrupteur en position E2 pour décharger le condensateur dans la bobine et la résistance. L’acquisition ayant eu lieu, faire un clic droit sur l’écran et choisir « calibrage » pour que le logiciel mette automatiquement la bonne échelle. Observer les deux courbes Uc et UR en fonction du temps. Appeler le professeur pour vérification 1. Décrire l’allure des 2 courbes Uc = f(t) et UR = f(t). Le professeur transfèrera les données acquises dans le tableur de physique Regressi ou vous proposera un fichier de données préalablement acquis. 3 Exploitation des données A. Création de la grandeur intensité Créer une grandeur Créer la grandeur i, intensité qui se déduit de la tension aux bornes de la résistance : i = UR / 10 2. Expliquer, en utilisant la loi d’Ohm, comment on retrouve la formule donnée ci-dessus. Dans la fenêtre « Grandeurs », cliquer sur l'icône « Créer grandeur », choisir « Grandeur calc. », taper un nom pour cette nouvelle grandeur et taper éventuellement une unité qui lui correspond. Cliquer sur OK. B. Création des grandeurs énergies L’énergie électrostatique stockée dans le condensateur vaut 1 E cond = × C × U C 2 2 L’énergie magnétique stockée temporairement dans une bobine vaut E bob = 1 × L × i2 2 3. Montrer que dans ce circuit électrique Econd se calcule ainsi : Econd = 5 x 10-6 x Uc² 4. Montrer que dans ce circuit électrique Ebob se calcule ainsi : Ebob = 0,5 x i² Créer les grandeurs Econd et Ebob, ainsi que la grandeur Etot énergie électromagnétique totale dans le circuit qui vaut : Etot = Econd + Ebob C. Visualisation des transferts énergétiques Faire apparaître uniquement les courbes Econd = f(t) , Ebob = f(t) et Etot = f(t). Appeler le professeur pour vérification Imprimer le graphe obtenu. 5. Conclure, avec le professeur, sur les transferts énergétiques réalisés au sein de ce circuit électrique. http://lefevre.pc.free.fr Faire apparaître une courbe Dans la fenêtre « Graphe », cliquer sur l’icône « Coordonnées » et préciser quelle est l’abscisse, quelle est l’ordonnée. Cocher éventuellement « Ligne » et choisir « Lissage ». Si besoin, cliquer sur « Ajouter une autre courbe ».
