P3–TP1 REPONSE D`UN DIPOLE RC A UN ECHELON DE TENSION

P3–TP1
REPONSE D’UN DIPOLE RC
A UN ECHELON DE TENSION
Objectifs :
- Réaliser un montage électrique à partir d’un schéma ;
- Montrer l’influence de la l’amplitude de l’échelon de tension, de la résistance, de la
capacité sur la charge et la décharge du condensateur.
I. Montage expérimental
1
- Le générateur est supposé idéal de
R
K
A
B
f.e.m. E ;
EA1
+
- L’interrupteur K est un
2
interrupteur inverseur tel que la
position 1 est la borne notée +
E
C
(respecter les couleurs).
_
- La conducteur ohmique R est
EA5
constituée d’une boite à décade,
de résistance réglable R ;
- Le condensateur C est constitué d’une boite à décade, de capacité réglable C
 Réaliser le montage électrique suivant :
 Réaliser les branchements sur l’interface d’acquisition
 Appeler le professeur pour vérification. En attendant sa venue répondre aux questions
suivantes
 Que mesure chaque entrée de l’interface (EA0, EA1, EA4 et EA5) ? En déduire
les mesures sur les entrées analogiques EA0 - EA4 et EA1 - EA5.
 Quelle position de l’interrupteur permet la charge du condensateur ?
 Quelle position permet sa décharge dans la résistance ?
II. ETUDE DE LA CHARGE
 Représenter uniquement le circuit de charge. Y
placer le courant i(t), les tensions uR(t) et uC(t)
 En utilisant la loi d’additivité des tensions, exprimer
E en fonction de uR(t) et uC(t) ?
 Appliquer la loi d’ohm au conducteur ohmique.
 En déduire la relation donnant i(t) en fonction de E
et uC(t)
1)
-
Acquisition 1 des tensions E1 et uC1(t)
Placer l’interrupteur en position 2.
Choisir E1 = 4,0V, R1 = 10k et C1 = 10µF.
Décharger le condensateur en appuyant sur le bouton de la
boite à décade.
Paramétrer l’acquisition : comme ci contre
Basculer rapidement l’interrupteur en position 1.
2) Modélisation
- Dans la fenêtre n°1, identifier les 2 courbes affichées à
l’aide de flèches et de commentaires. Interpréter
l’évolution de la courbe uC1(t). Faire apparaître les deux
régimes de fonctionnement : régime transitoire et régime
permanent
D
EA0
F
EA4
-
Modéliser la courbe uC1(t) par une des fonctions exponentielles proposée. Ecrire son
équation et identifier chacun des termes (E1 et 1) sachant que uC1(t) est de la forme :
3) Détermination expérimentale de 1
La constante de temps donne une idée du temps de charge du condensateur :
 au bout d’un temps t= il est chargé à 63 % de sa valeur maximale ;
 Au bout d’un temps t>5 il est complètement chargé.
-
Avec les outils droite et réticule déterminer graphiquement la valeur de 1.
Vérifier que le condensateur est totalement chargé ici au bout de ∆t = 5 1 ?
4) Influence de R et C sur la constante de temps
- Réaliser les 2 acquisitions suivantes (veillez à décharger le condensateur avant
toute nouvelle acquisition) en modifiant R et C selon :
Acquisition 2 uC2
Acquisition 3 uC3
R2 = 5k
R 3= 10k
C2=10µF
C3=5µF
- Placer dans une fenêtre N°2 les courbe uC1 et uC2
- Placer dans une fenêtre N°3 les courbe uC1 et uC3
- Déterminer graphiquement à l’aide des outils tangente et réticule les constantes
de temps 1 2, 3 en suivant la méthode proposée.
- Quelles acquisitions permettent de voir l’influence de R sur ?
- Que peut-on dire de l'influence de R sur la durée de charge du condensateur ?
- Quelles acquisitions permettent de voir l’influence de C sur ?
- Que peut-on dire de l'influence de C sur la durée de charge du condensateur ?
- Calculer th= R1.C1 pour l’acquisition 1. Les résultats expérimentaux (détermination
graphique et modélisation) et le calcul théorique sont ils cohérents ?
5) Influence de E
Réaliser une nouvelle acquisition uC4 en prenant comme valeur : E4 = 2V, R4 = 10k et C4 =
10µF. Déterminer la constante de temps. Quelle est l’influence de E sur la durée de
charge du condensateur ?
Fermer les fenêtres 2 3 et 4
6) Etude de l’intensité
- A l’aide du tableur calculer l’intensité i1(t) traversant le circuit de charge dans le
cas de la première acquisition
- Afficher la courbe i1(t) dans une nouvelle fenêtre. Commenter son évolution lors
de la charge et en fin de charge.
- Quelle est la valeur de I(0) (outil réticule) ? Comparer avec la valeur
Conclure.
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III.
ETUDE DE LA DECHARGE
 Représenter le circuit de décharge. Y placer le courant i(t), les tensions uR(t) et
uC(t)
 Quelle est la relation entre de uR(t) et uC(t) ?
 Appliquer la loi d’ohm au conducteur ohmique.
 En déduire la relation donnant i(t) en fonction uC(t)
1)
-
Acquisition de uC(t)
Choisir E =U0C= 4,0V, R = 10k et C = 10µF.
Charger le condensateur en basculant l’interrupteur sur la position 1.
Paramétrer l’acquisition comme précédemment en modifiant uniquement le
déclenchement : choisir sens descendant et un seuil de 3,9V
Basculer rapidement l’interrupteur en position 1.
2) Exploitation
- Interpréter l’évolution de la courbe uC(t).
- Avec les outils tangente et réticule déterminer graphiquement la valeur de
t= il est déchargé à 63%)
- Comparer la valeur de à celle de la charge.
(au bout de
3) Etude de l’intensité
- A l’aide du tableur calculer l’intensité i(t) traversant le circuit de charge.
- Afficher la courbe i(t) dans la fenêtre 1. 1). Commenter les évolutions de i(t) et
de uC(t) lors de la charge et en fin de charge.
- Quelle est la valeur de i(0) (outil réticule) ? Comparer avec la valeur: U0C/ R.
Conclusion.