Echanges d`énergie dans un circuit électrique (RLC)

Habitat
TP 2C
TP
Echanges d’énergie dans un circuit électrique (RLC)
1STI2D
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.
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 ).
Dans l'ordre, réaliser les opérations suivantes :
 Ajuster la tension aux bornes du générateur afin de fixer Uo = 5,0 V.
 Réaliser le montage en respectant les polarités (+/-) indiquées sur le
condensateur. On commencera par réaliser le circuit de charge du
condensateur (à gauche) puis on réalisera le circuit de décharge dans la
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.
Capacités
exigibles :
- Analyser les échanges d’énergie dans un circuit électrique
- Visualiser une représentation temporelle de ces grandeurs et en analyser les caractéristiques
1
Réalisation du montage et réglages de l’acquisition
L
uR
B
A
C
R
E1
E2
uC
C
Uo
+
-
+
-
D
R = 10
L = 1 H
C = 10 μF
E
Voie 2 (EA2)
Voie 1 (EA1)
G
Utiliser le diaporama pour s’aider
dans la réalisation du montage
(bien respecter la construction
logique et les couleurs des fils
pour se repérer).
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 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.
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.
 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.
A. Création de la grandeur intensité
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.
B. Création des grandeurs énergies
L’énergie électrostatique stockée dans le condensateur vaut
2
Ccond U×C×
2
1
=E
L’énergie magnétique stockée temporairement dans une bobine vaut
2
bob i×L×
2
1
=E
 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).
Imprimer le graphe obtenu.
 5. Conclure, avec le professeur, sur les transferts
énergétiques réalisés au sein de ce circuit électrique.
Appeler le professeur pour vérification
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2
Charge et décharge du condensateur
Appeler le professeur pour vérification
Appeler le professeur pour vérification
3
Exploitation des données
Créer une grandeur
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.
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 ».