La capacité électrique - Cégep de Sainte-Foy

Cours 203-NYB-05!
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Rapport de laboratoire!
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Prof : André Girard
La capacité électrique
Tel que mentionné dans le plan de cours, ce rapport de lab solo comptera pour 15 % de votre note finale de cours.
Les objectifs sont multiples : utiliser des outils informatiques (traitement de texte, chiffrier, éditeur d’équations et
logiciel de dessin) pour produire un document intégré comprenant 9 pages, conforme aux exigences mentionnées et
qui précisera le comportement d’un condensateur dans un circuit électrique simple. En plus de la version imprimée
exactement conforme au document électronique final, ce dernier devra être transmis par courriel titré « RapRCNfAp
» et vous aurez à envoyer également le chiffrier électronique (Excel ou Numbers) d’analyse graphique qui portera le
titre de « GrafRCNfAp ». Voici donc les éléments du rapport exigés.
Page de titre
(Page 1) Production de cette première page d’un rapport de laboratoire scientifique exactement conforme aux
normes de présentation des travaux écrits telles que précisées dans le document officiel du cégep (normes de
présentation des travaux écrits, version 7).
Partie théorique
(Page 2) Introduction : Notion de capacité électrique (sur une seule page recto).
Afin de bien comprendre ce qu’est la capacité électrique, vous fournirez un premier paragraphe qui précisera cette
notion électrique en essayant de la vulgariser comme si vous vous adressiez à une personne qui n’a jamais fait de
science. À vous de fournir une analogie, pour saisir cette notion. Suivra un schéma, diagramme ou tableau (de votre
création en utilisant votre logiciel de dessin préféré) illustrant cette notion électrique dans le cas d’un condensateur
plan qui serait chargé où on verra bien les noms des variables utilisées pour le décrire de même que ses parties
constituantes avec leurs noms respectifs (notions, unités, symboles, etc.). Un second paragraphe mettra en
perspective la signification d’un condensateur qui aurait une capacité unitaire (ayant une grandeur de 1 farad). Vous
fournirez au moins un exemple précis de condensateur qui existe vraiment et qui possède une valeur dans ce bout-là
(ou même plus grande si vous en trouvez). Une photo ou image sera requise en fournissant la source justificative
exacte (à l’aide d’un lien hypertexte cliquable dans votre document d’origine) en plus de préciser où on le retrouve et
comment il fonctionne (son rôle précis, son utilisation, son comportement, etc.). Fin de cette partie (bonus facultatif)
en fournissant quelques précisions sur le type précis de condensateur qui fut utilisé au laboratoire? Particularités..
type... et si on le brisait, que verrait-on? Tout ce qui précède sur une seule page en utilisant une police et une taille
convenable permettant une lecture agréable à l’oeil.
(Page 3) Un Circuit RC [sur une nouvelle page, recto seulement).
La prochaine étape consiste d’abord à dessiner (et non un copié/collé) du mieux que vous pouvez (logiciel de dessin
préféré) au centre de votre feuille, le premier circuit de charge (R1C1) que vous avez utilisé au laboratoire en
précisant près de chaque composant (pile, ampèremètre et résistance) les valeurs (sauf la capacité, mais la pile vous
pouvez le déduire) avec leurs unités respectives en laissant l’interrupteur en position ouvert. Sous ce schéma seront
indiqués le nom du logiciel de dessin ainsi que son numéro complet de version que vous avez utilisé pour le produire.
Vous complétez cette page en utilisant obligatoirement un éditeur d’équations mathématiques pour fournir d’abord,
lors de la fermeture de l’interrupteur, l’énoncé de la loi à utiliser suivi de l’équation de ce circuit électrique qu’il faudrait
résoudre puis, sans démontrer tout le cheminement pour s’y rendre (les étapes ne sont donc pas requises) vous
inscrivez dans des encadrés bien séparés, les solutions de cette équation de charge à savoir le courant dans le
circuit, la tension aux bornes du condensateur, la tension aux bornes de la résistance et la charge accumulée au
condensateur... le tout en fonction du temps avec les équations bien indicées et les bonnes varables génériques.
(Page 4) Charge d’un condensateur (sur une nouvelle page, recto seulement).
On vous demande d’ouvrir votre chiffrier électronique préféré que vous sauvegardez immédiatement au nom de «
GrafRCNfAp » et dans celui-ci vous reproduisez très fidèlement la tableau 1 à la page 3 du texte de laboratoire avec
le titre aussi. Vous inscrivez dans la deuxième colonne les mesures que vous avez effectuées au laboratoire et
l’encadré en n’oubliant pas la grandeur de votre résistance telle que mesurée au lab.. Vous complétez ensuite le
tableau à l’aide des outils logiciels en respectant ce qui suit :
1.Dans
la première cellule donnant la tension aux bornes vous devez inclure une formule mathématique qui
permettra de la calculer automatiquement par Excel. En recopiant ensuite vers le bas cette formule, vous
obtiendrez alors les valeurs calculées instantanément.
2.Idem pour la première cellule donnant la grandeur de la tension aux bornes du condensateur qui devra
posséder une formulation mathématique appropriée. Puis sa recopie vers le bas
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3.Idem pour la première cellule de la cinquième colonne (obtenue par une équation).
Sous ce tableau de valeur et uniquement sur le restant de cette page vous vous organisez pour utiliser les outils
logiciels afin de tracer correctement la courbe du courant de charge en fonction du temps. La production des
éléments de ce graphique se fera en respectant les mêmes exigences (sauf pour les incertitudes considérées faibles
sur le temps) évoquées lors du devoir sur la résistivité [voir texte à cet effet pour la courbe de r = f (l)] en d’autres
mots, tous les détails requis pour bien lire cette courbe (axes, noms, points et courbe visibles, etc.) seront présents
sur ce graphe.
Note : En prenant une modélisation appropriée, il se pourrait que votre chiffrier électronique fournisse une courbe de
tendance correspondant à une courbe ne passant pas par 1 mA qui était imposé au départ. Observez bien ce que
vous donnera cette courbe de tendance versus celle qu’on devrait bien tracer? Tout comme vous aviez dû le faire
autrefois, il faudra sans doute utiliser les options de votre logiciel pour forcer ce passage à 1 mA. Ce faisant il faut
s’assurer que la courbe passe le plus près des points expérimentaux mesurés. Sachant que l’incertitude absolue du
courant est de l’ordre ± 0,01 mA, le logiciel pourrait tracer une courbe qui essaie de passer par tous les points.
Considérez plutôt que les valeurs de 0 à 100 secondes sont très bonnes (les autres ayant une incertitude plus
élevée). En forçant ou en privilégiant l’utilisation de ces dernières valeurs, la courbe pourrait ainsi être bien meilleure
(plus près des points expérimentaux entre 0 et 100). Le coefficient de corrélation (ou de détermination) que vous
devrez fournir (de même que l’équation exacte de cette courbe) sera très révélateur si vous comprenez bien ce
cheminement [qui est d’ailleurs abordé dans un des documents de mon collègue Robert Foy!]
Une fois votre étude complétée dans votre chiffrier électronique, sauvegardez ce document final avant de le fermer et
vous importerez le tout dans votre rapport final, sur une seule page recto esthétiquement bien présentée.
(Page 5) Détermination de la capacité du condensateur (sur une autre page recto seulement).
On vous demande simplement de produire un texte scientifique (comme on le lirait dans un livre de physique) qui
montrera au lecteur comment on détermine à partir de votre graphe précédent, la valeur (grandeur) de la capacité C1
du condensateur utilisé en connaissant seulement la grandeur R1 de la résistance utilisée en série [votre valeur
inscrite à droite du tableau 1]. Il s’agit donc d’expliquer votre démarche par du texte approprié, des équations
correctement inscrites, sans flou, avec les bons symboles où il vous est permis de reprendre des outils de dessins et
de recopier une partie ou le tout du graphe afin qu’un lecteur puisse bien saisir comment vous arrivez à cette valeur
de la capacité que vous encadrez à la toute fin en l’exprimant correctement avec les bons symboles des préfixes S.I.
(Page 6) (Section : Multicourbes (sur une autre page recto seulement).
Après avoir simplement fait un copié/collé de votre tableau de valeurs, on vous demande simplement de produire
toujours à partir des outils logiciels, sur un seul graphe de la tension en fonction du temps, les 3 courbes
superposées (de couleur différente), de chacun des composants du circuit de charge, à savoir : la tension aux bornes
de la résistance, du condensateur et de la pile en fonction du temps. Les renseignements suivants sont requis : titre
approprié, ordonnée (tension en volts), abscisse (temps en seconde), 3 courbes de couleur différente dans le chiffrier
correctement identifiées par leur nom VR , Vc et εPile. (impression couleur non exigée).
Pages 7) Ajoutez simplement la page 3 de votre texte de lab comprenant vos mesures et mes annotations).
Partie Bonus facultative
(Page 8) Laboratoire sur la résistivité électrique (voir Labo2NYBRésistiA11.pdf). [+ 1/15]
Il suffit simplement d’ajouter cette page à votre rapport où on vous demandait de produire correctement les 2
tableaux de valeurs ainsi qu’une courbe de la résistance en fonction de la longueur. Je rappelle que vous aviez
commencé ce travail au lab, puis transmis une version imprimée que j’ai annotée (note formative) alors il s’agit de la
finaliser avec les critères déjà évoqués en classe et sur le site web (archives). J’irai vérifier les 3 points suivants :
barre d’incertitude verticale, passage forcé à l’origine et les 2 colonnes manquantes du tableau 2 [Aire et son
inverse)] correctement complétées. Votre chiffrier portera le nom final avec le chiffre 3 [Resisti3NfAp] et sera attaché.
(Page 9) Laboratoire sur les lois de Kirchhoff (voir Labo3NYBLoisA11.pdf). [+0,5/15]
Sur une seule page recto et produit à la main, vous reproduisez le circuit multimailles qui se trouve au-dessus du
tableau 2 à la page 3, puis vous indiquez à côté de chaque composant la grandeur des tensions des 2 piles (Tab.2)
ainsi que la valeur de chacune des résistances correspondantes telles que vous avez mesurées au lab (tab.1), mais
en exprimant celles-ci en ohms et non en kilo-ohms. Je rappelle que les valeurs de vos résistances inscrites au
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tableau 1 devaient correspondre à celles de la figure 1 et reproduites correctement dans le circuit multimailles au
dessus du tableau 2. Si vous aviez fait une seule erreur à l’époque alors inutile de soumettre ce bonus.
Il vous suffit alors d’appliquer les lois en question correctement puis résoudre le circuit en fournissant la grandeur et
orientation de chacun des courants résultants. (fournir toute votre démarche et les calculs). Vous concluez alors cette
page par la phrase suivante : « La différence de potentiel entre le haut et le bas de la résistance centrale est de :
____ Volts » en précisant évidemment comment vous y arrivez.
Pour vous attribuer ce bonus, j’irai vérifier votre solution théorique des courants avec ceux mesurés initialement
(votre feuille que j’ai conservée) au laboratoire avec le bon sens pour savoir s’ils correspondent bien.
Critères d’évaluation
Page de titre exactement conforme aux normes.
Symboles mathématiques et grecs correctement écrits.
Respect de l’espace restreint imposé. Items spécifiques fournis
Politique départementale du français donc jusqu’à 5 % de pénalité.
Liens hypertextes fonctionnels et cliquables dans votre document électronique final.
Respect de chacun des points énumérés dans les consignes. Lecture agréable à l’oeil.
Utilisation d’un éditeur d’équation pour une présentation scientifique conforme à celle d’un livre scientifique
Pénalité de retard de la PEA automatique (-5 %) dès qu’un des points suivants n’est pas correct : si on ne respecte
pas une des échéances de remise (papier ou électronique) un oubli d’attacher un document ou de ne pas le nommer
correctement tel que demandé).
PROTOCOLE ET ÉCHÉANCE DE REMISE
Version électronique du document final (identique à votre version papier) ainsi que du chiffrier électronique,
dans un courriel qui sera transmis obligatoirement via OmniVox le jour même (pas avant, pas après) qui
sera assigné à votre classe au bas de cette page [ rapport papier en classe et courriel le jour même].
Le titre du courriel sera « RapRCNfAp » et à l’intérieur je retrouverai vos 2 documents attachés. Le premier est
votre version électronique finale portant le même titre « RapRCNfAp » et le second appelé « GrafRCNfAp » qui
est votre chiffrier électronique des courbes.Un troisième appelé « Resisti3NfAp » sera attaché si vous ajoutez le
bonus à votre travail.
Pour une gestion efficace de la réception de vos courriels, et de votre version finale imprimée, notez bien
immédiatement à votre agenda les échéances suivantes :
Remise papier pour ma classe du lundi : Jeudi 1 décembre 14 h et courriel max à minuit le soir même
Remise papier pour ma classe du mardi : Vendredi 2 décembre 8 h et courriel max à minuit le soir même