Td p401 rc fini

D
2
D
1
R=10k
Ω
E=12V
C=4700
µ
F
K
D
3
R=10
k
Ω
On s’intéresse au montage suivant :
 Indiquer ce qui se passe au niveau des Diodes
Electroluminescentes (DEL) lorsque l’on ferme l’interrupteur.
 Qu’observe-t-on lorsque l’on ouvre l’interrupteur ?
iode lectrouminescente (D.E.L).
La DEL est un composant ne laissant passer le
courant que dans un seul sens : celui indiqué
par le triangle.
Elle émet de la lumière (rouge, jaune ou
verte, en général) lorsque du courant la
traverse. Les DEL jouent notamment le rôle de voyant lumineux sur les
téléviseurs, écrans d’ordinateurs…..
Un condensateur de tension de service  = , est chargé par un générateur de courant qui
débite un courant d’intensité  = 
. La charge  du condensateur est telle que :  = . !
ou ! représente la durée de la charge du condensateur.
/ Etablir l’expression de la tension u
C
aux bornes du condensateur en
fonction de ",  et !
Le graphe de la figure-1-, représente la tension #
"
en fonction de la durée
!
D’après ce graphe, déterminer l’expression de #
"
en fonction de !
$- En déduire la valeur de la capacité ".
Sachant que ce condensateur est plan et que l’aire des deux surfaces
communes en regard est %&
et que l’épaisseur du diélectrique qui se trouve
entre les deux plaques est '&.
Déterminer la permittivité électrique absolue
ε
du diélectrique de ce condensateur.
$Déduire la permittivité relative
ε
du diélectrique. On donne
ε
&(( #)
Calculer l’énergie emmagasinée par le condensateur au bout de ! =)
*/Que risque-t-il de se produire au condensateur si on le charge pendant une durée
!+() ? Justifier.
Un condensateur de capacité "&, est chargé à l’aide d’un
générateur de courant d’intensité constante 
&-.
A l’instant t=0 le condensateur est complètement déchargé.
Quelle est la différence entre les générateurs de courants et les
générateurs de tension habituellement utilisés.
Donner l’expression de la charge q de l’armature reliée au point  en
en fonction de 
et !
Au bout d’une durée de charge d’une minute, que vaut :
La charge .
portée par l’armature ?
$La charge .
/
portée par l’armature /?
La tension du condensateur 
"
?
'L’énergie emmagasinée par le condensateur ?
*Au bout de combien de temps l’énergie 0emmagasinée par le condensateur vaudra-t-elle  ?
La tension du condensateur ne doit pas dépasser * Déterminer la durée maximale ! de la
charge.
Sens dans lequel peut
circuler le courant
D
B
i
u
C
u
R
C
R
A
20
∆t(s
)
10.6
u
C
(V)

T.D Physique ~ Le condensateur – Le dipôle R.C ~ BEL ARBI Abdelmajid
2
*
Pour déterminer la capacité d’un condensateur on monte en série aux bornes d’un générateur de
courant idéal délivrant un courant d’intensité constante , un condensateur de capacité " inconnue
initialement déchargé, un résistor de résistance  inconnue un interrupteur 1 ouvert et un
voltmètre pour mesurer la tension aux bornes du condensateur #
"
( figure--).
A l’instant != , on ferme 1 et on mesure à différents instants la tension #
"
ce qui nous permet
de tracer la courbe de la charge  du condensateur en fonction de #
"
( figure--).
 Etablir graphiquement l’équation de la courbe = 23 4
 Etablir l’expression de #
"
en fonction de " et 
 En déduire la valeur de la capacité "
On remplace dans le montage de la figure--, le générateur de courant par un générateur de
tension idéal délivrant une tension constante .
Pour visualiser l’évolution de la tension #
"
, on utilise un oscilloscope à mémoire.
A l’instant ! = , on ferme l’interrupteur, on obtient les deux courbes représentées sur le figure--.
 Représenter sur le schéma du montage les branchements à l’oscilloscope pour visualiser la
tension aux bornes du condensateur
#
"
sur la voie 5 et celle aux bornes
du générateur sur la voie 5 .
 Indiquer, en justifiant la réponse,
le numéro de la courbe visualisée
sur la voie 5
et celui de la courbe
visualisée sur la voie 5
.
 Etablir l’équation différentielle qui
réagit l’évolution de la tension #
"
aux bornes du condensateur.
$ Vérifier que #
"
3!4=36
!τ
4
est une solution de l’équation
différentielle précédente.
*
6 Déterminer graphiquement la
tension E.
b- Déterminer par une méthode que
vous expliquer, la constante de temps du circuit
τ .
c- En déduire la valeur de la résistance R.
5- Calculer : a- La charge maximale Q
m
du condensateur.
b- L’énergie électrique emmagasinée dans le condensateur pendant le régime permanent.
I
C
R
V
K
q(10
-
6
C)
0,1
u
C
(V)
1
figure
-
1
-
figure
-
2
-
t(ms)
u
C
(V)
1
1
1
2
figure
-
3
-

T.D Physique ~ Le condensateur – Le dipôle R.C ~ BEL ARBI Abdelmajid
3
I- Etude expérimentale.
On souhaite étudier la charge d’un condensateur de capacité "à
travers une résistance &*7Ω à l’aide d’un générateur de tension
constante 
Pour cela on réalise le montage schématisé ci-contre. Les points et /
sont reliés aux entrées d’un oscilloscope à mémoire (ou d’un
ordinateur) tandis que le point , est relié à sa masse.
Sous le schéma figure l’enregistrement des tensions visualisées sur les
voies 35
4 et 35 4 à partir de l’instant !& où l’interrupteur bascule de la position à la position 
 quel tension est visualisée sur la voie
35
4 de l’oscilloscope ?
$Par quel courbe cette tension est
représentée ?
Déterminer les valeurs de :
La tension délivrée par le générateur ;
$La tension 
"
du condensateur
lorsque sa charge est terminée ;
La constante de temps
τ
de charge du
condensateur (en utilisant deux méthodes
différentes)
' la capacité "du condensateur.
II- Etude théorique
Afin de justifier l’allure de cette courbe d’# 3!4on se propose de faire une étude théorique.
Représenter sur le schéma du montage
Le sens de circulation du courant ,
Les charges accumulées sur les armatures du condensateur
Les flèches tensions aux bornes de chaque dipôle
L’expression de chaque flèche tension en fonction des caractéristiques du dipôle.
Etablir l’équation différentielle vérifiée par la tension #
3!4
La fonction u
c
(t) solution de cette équation différentielle s’écrit de la forme # 3!4&
α
!
8/.
Déterminer les expressions de ,
α
et / en fonction des caractéristiques des dipôles.
III- Etude énergétique
Un condensateur chargé constitue un petit réservoir d’énergie.
De quelle forme d’énergie s’agit-il ?
Calculer la valeur de l’énergie accumulée par le condensateur au bout d’un intervalle de temps
∆!
&9:
τ ].
En utilisant le graphe de #
3!4;
Déterminer la date à laquelle le
condensateur accumule une énergie
égale à la moitié de l’énergie maximale
qu’il peut accumuler
* Déterminer l’expression de
l’intensité i(t) qui circule dans le
montage.
$Représenter l’allure de la courbe i(t)
en indiquant les coordonnées des
points particuliers sur le système
d’axes ci-contre.
C
R
K
1
E
2
B
D
A
F
Masse
Y
1
Y
2
0 1 2 3 4
5
6
7
8
1
2
3
4
5
u (V)
C
C’
t(ms

T.D Physique ~ Le condensateur – Le dipôle R.C ~ BEL ARBI Abdelmajid
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IV- Visualisation de i
On remplace :
Le générateur de tension constante par un générateur de signaux carrés, fournissant une tension
périodique alternativement constante et nulle, d'amplitude E
et de fréquence N.
Le résistor par un autre de résistance 0&7
Ω.
On se propose de visualiser simultanément la tension aux bornes de la résistance et la tension aux
bornes du condensateur à l’aide d’un oscilloscope bi courbe.
Indiquer sur le schéma de la figure ci dessous les branchements nécessaires afin de visualiser
simultanément la tension aux bornes du résistor sur la voie A et la tension aux bornes du
condensateur sur la
voie B.
On représente sur
la figure suivante
l`oscillogramme
obtenu sur la ;</.
Déterminer la
valeur de 
.
$ Déterminer la
fréquence N du
générateur.
Représenter
l`allure de
l`oscillogramme
obtenu sur la ;<
en indiquant les
coordonnées des
points particuliers. On se limitera à l’intervalle de temps 9
=
>
?
Dans une séance de travaux pratiques un groupe d’élève réalise le montage dont le schéma
électrique est donné par 2@#.
Aest un générateur électrique, est un résistor de résistance e!"un
condensateur de capacité B,initialement déchargé.
A l'instant !&on place le commutateur K sur la position 34, à l'instant
!
on bascule le commutateur dans la position 34.
La même expérience est réalisée pour deux générateurs différents A
(expérience ) et A (expérience ).
La variation de la tension #
"
aux bornes du condensateur en fonction du
temps, au cours de chaque expérience, est donnée par la courbe C
pour
A
et par la courbe C pour A (2@#!2@#)
Etude du circuit.
Quel phénomène physique est observé lorsque l’un des élèves place 1sur la position 34?
$Retracer le schéma du montage avec K sur 34puis choisir un sens pour le courant et flécher les
tensions aux bornes de chaque dipôle.
Justifier que A
est un générateur de tension alors que A est un générateur de courant?
'Que se passe-t-il lorsqu'on bascule K de la position 34à la position 34.
A
B
i
P
R
C
E
2
Q
N
sensibilite verticale 1V/div
Voie B
sensibilite horizontale 2.5 ms/div
Branchement à l’oscilloscope
Oscillogrammes obtenus

T.D Physique ~ Le condensateur – Le dipôle R.C ~ BEL ARBI Abdelmajid
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Expérience 34
Au cours de cette expérience on utilise le générateur A
Quelle est la valeur  de
la fem du générateur utilisé
au cours de l'expérience 34?
$En justifiant la méthode,
montrer que ≈ C1Ω
Déterminer la valeur de
l'instant !
, Justifier la
réponse.
'Déterminer
graphiquement la valeur
algébrique de l'intensité à
!&?)
Vérifier que, pendant la
durée !
, l'expression de
#
"
en fonction du temps est
de la forme #
"
= (
!"
).
En déduire, aux millièmes prés, la valeur de #
"
à l'instant !&! .
2Donner l'allure des courbes 3!4, 3!4et #
3!4, entre !&et !&*), En précisant les valeurs
particulières pour chaque courbe.
Expérience 34
Au cours de cette expérience on utilise le générateur A
Sachant que 
=(intensité débitée par le générateur de courant pendant la charge du
condensateur) déterminer la valeur de l’énergie électrostatique maximale 
"
emmagasinée par le
condensateur.
$Représenter l'allure de la
courbe qui traduit la
variation de l'intensité du
courant entre !&et
!&*).
La tension de claquage
du condensateur est de
?. Quelle est la durée
(∆!) de charge maximale
supportée par le
condensateur?
D3
A faire et à rendre avant le 12/10/2015)
 !#'#!!;3<E!)4
Un nouveau professeur de sciences physiques dans un lycée, en
explorant son nouveau laboratoire, trouve une boite fermée qui
possède deux bornes  et Fet renfermant un dipôle inconnu qui
D
M
E
K
L
2
L
1
A
B