TP-1 Etude expérimentale de la charge d`un condensateur à

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ETUDE EXPÉRIMENTALE D'UN CONDENSATEUR
K1
I­ Qu'est­ce qu'un condensateur ? Comment se comporte­t­il ?
1°) Reproduire le schéma ci­contre avec les appareils permettant de mesurer IC et UC. (préciser les positions DC ou AC).Réglages et valeurs : E = 4 V et C = 2200 µF
K2
IC
E
UC
C
2°) Reproduire et compléter sur votre compte­rendu le tableau suivant :
Qu’observe­t­on ?
Instants
Etats des interrupteurs
t0
K1 et K2 sont ouverts.
t1
On ferme K1, K2 reste ouvert
t2
On ouvre à nouveau K1
t3
On ferme l'interrupteur K2 (K1 restant ouvert)
(évolution des valeurs de IC et de UC pendant la phase transitoire)
Valeurs finales
IC
UC
3°) Conclusions ?
II­ Charge d'un condensateur à travers une résistance.
A­ Etude qualitative.
RV
Montage : E = 30 V et C = 4,7µF.
Observons la tension UC au moment où on applique une tension constante aux bornes de l'association en série d'une résistance et d'un condensateur.
Le phénomène étant plus visible avec une résistance de forte valeur le multimètre utilisé en voltmètre servira de résistance (RV  10 MΩ ).
V
UR
E
1°) Fermer l'interrupteur K1. Qu'observe­t­on sur l'écran du voltmètre ? Que pouvez­vous dire du courant qui traverse le circuit ?
IC
C
UC
K2
K1
2°) Exprimer UC en fonction de E et UR. Qu'en déduire quant à l'évolution de la tension UC ?
Lors de la charge d'un condensateur à travers une résistance on distingue deux phases: une première appelée régime transitoire et une deuxième appelée régime permanent.
Décrire l’évolution des grandeurs pendant ces deux phases.
3°) Décharger le condensateur (on court­circuit le condensateur en fermant K2) afin de se retrouver dans les conditions initiales de l'expérimentation.
B­ Etude quantitative: on se propose d'étudier l'évolution de IC et UC en fonction du temps.
1°) L'expérience précédente est réalisée en relevant la tension UR à instants précis :
t
0 s
5 s
10 s
15 s
20 s
30 s
40 s
50s
60s
75s
90s
120s
150s
200s
270s
UV (en Volt)
30
27
24,2
21,8
19,5
15,8
12,8
10,3
8,3
6,1
4,5
2,4
1,2
0,4
0,1
IC
UC
2°) Reproduire et remplir le tableau précédent (Déduire des mesures de UR les valeurs de l'intensité du courant IC, en sachant que la résistance du voltmètre est de 10 MΩ . Calculer aussi les valeurs de UC correspondant aux différentes mesures de UR.)
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3°) Tracer soigneusement les courbes UC (t) et IC (t) sur des feuilles de papier millimétré séparées.
4°) Exploitation de la courbe UC (t).
On caractérise la charge d'un condensateur par le temps nécessaire pour que la tension UC atteigne 63% de sa valeur finale. Ce "temps" noté τ est appelé constante de temps du circuit RC.
a­ A l'aide de la courbe UC (t), déterminer τ.
b­ Calculer le produit RC et comparer votre résultat avec τ.
c­ Conclusion ?
d­ Tracer la droite passant par l'origine et par le point de coordonnées (τ , E ). Que représente cette droite pour la courbe que vous avez tracée ?
e­ On considère qu'un condensateur est complètement chargé au bout de 3τ. Quelle valeur a atteint UC pour t = 3τ ? Quel pourcentage de E cela représente­t­il ?
R
III­ Charge et décharge d'un condensateur en régime variable.
R est une boîte à décade allant jusqu'à 1 M Ω .
1°) Indiquer les branchements de l'oscilloscope permettant de visualiser e et uC.
e
iC
C
uC
(G.B.F.)
2°) Régler le GBF de manière à obtenir e tel que représenté ci­contre: La période est T = 2.10­4 s
K1
3°) On désire que T = 10.τ , sachant que C = 1nF, calculer R.
4°) Visualiser e et uC, et dessiner en synchronisme e, uC et Ri = e­uC ( appuyer sur inv. pour avoir ­ uC, puis sur ADD et supprimer DUAL ).
UR
e
en V
1V
5°) On fait varier la résistance R. f = 5 000 Hz, pour R1 = 4,7 kΩ  et pour R2 = 100 kΩ , visualiser e, uC et Ri. Expliquer l'influence de la valeur de R sur l'allure de uC...
T/2
T
t en ms
6°) On fait varier la fréquence.
R = 22 kΩ , pour f1 = 500 Hz, f2 = 50 Hz et f3 = 50 000 Hz, visualiser e, uC et Ri. Expliquer.
IV­ A quoi peut­il bien servir ?
Le G.B.F. délivre une tension sinusoïdale de valeur efficace 5V et de fréquence 1500 Hz à un montage redresseur double alternance.
Par rapport au montage réalisé lors du précédent T.P. précédent, la charge comporte ici un condensateur de 1 µF en parallèle avec la résistance de 1k Ω . C
*
G.B.F.
~
Décrire le montage permettant de visualiser la tension aux bornes de la charge.
Observer et relever la tension aux bornes de la charge avec et sans condensateur.
Quelle différence peut­on observer ? Comment l'expliquer ?
Remplacer à présent le condensateur de 1µF par un condensateur de 4,7µF, puis 10µF. Conclusion?
R