TP 6 : Le dipôle RC

TS
PHYSIQUE
T.P. 6 : LE DIPOLE RC
Répondre aux questions écrites dans ce style.
décembre 2006
Objectifs.
- Utiliser une interface pour l’acquisition des données et le tableur LATIS PRO pour le traitement des données.
- Observer les différents régimes de charge d'un condensateur dans un dipôle (R-C).
- Observer l'influence des paramètres R et C sur la durée du phénomène de charge.
- Modéliser une courbe.
I. DISPOSITIF EXPERIMENTAL.
Le montage représenté ci-contre utilise :
- un générateur de tension continue fixe (5V)
- une boîte de condensateurs à décades C
- une boîte de résistances (1000 ; 100 ; 10) R
- un interrupteur K à 2 positions (sur plaque P60)
- l’interface Euro smart.
 Ajouter sur le schéma ci-dessus les branchements de l'interface (masse, EA0 et EA1) pour observer les
variations de la tension UG aux bornes de l’alimentation sur EA0 les variations de la tension uC(t) aux bornes du condensateur
sur le EA1.
 Réaliser le montage en choisissant R = 5 k et C = 2F et en utilisant l’alimentation de tension fixe (0-5V) de l’interface.
 Mettre l’interface sous tension en branchant le transformateur.
 Placer l’interrupteur sur la position K2 : M est relié à K2 et le condensateur est alors déchargé : uC =0.
(Lorsque M sera basculé à K1, le condensateur se chargera sous la tension UG.)
 Faire vérifier le montage.
II. PREPARATION DE L’ACQUISITION.
Lancer le logiciel « Latis pro » dans « Applications locales » du bureau. Puis « physique »
Il faut maintenant configurer l’acquisition en utilisant la feuille d’utilisation du logiciel Latis pro :
Acquisition automatique :
 Dans Entrées analogiques, sélectionner EA0 et EA1 en cliquant sur les numéros (les cases correspondantes sont grisées)
et cocher Ajouter les courbes pour pouvoir faire plusieurs acquisitions successives ;
 Dans Acquisition, sélectionner Temporelle, Normal et choisir 2500 points de mesure pour une durée Totale de 100 ms
(pour les deux premières acquisitions).
L’affichage de la durée entre deux acquisitions (Te) se fait automatiquement.
 Fermer la fenêtre Entrées Analogiques avec la double flèche et ouvrir la fenêtre Déclenchement : choisir EA1 comme
Source de déclenchement, fixer un Seuil Montant de 0,15 Vet un Pretrig de 25%.
III. ACQUISITIONS.
Pour lancer l’acquisition :
 Appuyer sur la touche F10 du clavier puis basculer après 2s l’interrupteur en position K1. Le condensateur se charge sous
la tension UG.
 Les courbes doivent s’afficher à l’écran.
 Si l'acquisition est satisfaisante : enregistrer par :Fichier-Enregistrer sous :P\travail\dipôleRC
Sinon, faire un clic droit sur la fenêtre du graphe et sélectionner Retirer toutes les courbes et recommencer l’acquisition.
L'étude de la charge du condensateur donne lieu à quatre enregistrements, qui correspondent à des conditions expérimentales
différentes (choix des valeurs de R et de C).
N° acquisition
1
2
3
4
R (k)
5
2
5
5
C (µF)
2
5
5
10
Nombre de points
2500
2500
2500
2500
Temps total
100 ms
100 ms
250 ms
500 ms
Pour chacune des trois autres acquisitions :
 basculer l’interrupteur en position K2 ;
 faire les réglages indiqués pour les valeurs de R, C et la durée totale d’acquisition dans le tableau ci-dessus ;
C
uC
R
K2
UG
i
M
K1
Interrupteur double K

 faire l’acquisition : appuyer sur F10, attendre 2 s, puis basculer l’interrupteur en position K1 ; enregistrer.
 faire un clic droit sur la fenêtre du graphe et sélectionner calibrage pour obtenir les courbes en plein écran.
IV. EXPLOITATION DES DONNEES.
1. Quels paramètres influent sur la valeur de la constante de temps  ?
 Cliquer sur l’icône Courbes et renommer toutes les courbes dans le bandeau de gauche ; pour cela faire un
double-clic sur la courbe choisie, EA0{1} par exemple, puis taper son nouveau nom Ug1 et valider. (EA0{1} renommée en
Ug1, EA1{1} en uc1, EA0{2} en Ug2, EA1{2} en uc2, EA0{3} en Ug3, EA1{3} en uc3, EA0{4} en Ug4 et EA1{4} en uc4).
 Fermer la fenêtre 1 , puis ouvrir une nouvelle fenêtre par Fenêtre, Nouvelle Fenêtre et faire glisser les courbes Ug1 et
uc1 depuis le bandeau Courbes de gauche dans la fenêtre graphe ; les deux courbes représentant Ug1 et uc1 en fonction du
temps s’affichent.
 Pour obtenir une fenêtre en plein écran, cliquer sur Fenêtres, Mosaïque de fenêtres et choisir une fenêtre plein écran.
 Commenter l'allure de la courbe uC(t) : la charge du condensateur est-elle instantanée ?
Quelle est la valeur de uC en fin de charge ?
La durée de la charge peut être caractérisée par la constante de temps  du dipôle RC. Elle peut être déterminée à partir de la
courbe représentant les variations de uC en fonction du temps par deux méthodes :
 Méthode 1 :  est l’abscisse du point d’intersection entre la tangente à la courbe uC=f(t) à t=0 et l’asymptote horizontale
uCmax.
 Méthode 2 :  est aussi l’abscisse du point de la courbe uC=f(t) d’ordonnée 0,63 x uCmax.
 Déterminer la constante de temps  du dipôle R1C1. Utiliser les outils graphiques (tangente et
curseur) accessibles par un clic droit sur le graphe.
Remarques : il faut faire un clic droit et choisir Terminer Tangente ou Terminer Curseur à la fin de l’utilisation de l’outil.
Ne pas enregistrer l’équation de la tangente.
 Est-il vérifié qu'au bout de 5 , le condensateur est pratiquement chargé ? ............................
 Faire un clic droit sur le graphe pour Retirer toutes les courbes, puis faire glisser les courbes Ug2 et uc2 sur la fenêtre
graphe depuis le bandeau de gauche. Déterminer  pour le dipôle R2C2.
 Procéder de la même façon pour R3C3 et R4C4 et rassembler vos résultats dans le tableau suivant :
N° acquisition
1
2
3
4
R ()
5,0103
2,0103
5,0103
5,0103
C (F)
2,010-6
5,010-6
5,010-6
10,010-6
 (s)
 / R (unité ?)
/ C (unité ?)
Conclure sur les valeurs du tableau.
2. Comment varie l'intensité du courant pendant la charge du condensateur ?
 Exprimer littéralement la valeur de l’intensité du courant dans le circuit de charge notée i1 en
fonction de uC1 et des paramètres Ug1 et R du circuit :
 Créer la grandeur i1 dans Traitements, Feuille de calcul, entrer la relation précédente en donnant la valeur de 5000 () à
R. Cliquer sur calcul/Exécuter.
 Cliquer sur i1 dans Paramètres. Changer l’unité pour mettre « ampère ». Valider. Ouvrir une nouvelle fenêtre par Fenêtre,
Nouvelle Fenêtre et importer i1. Cliquer droit sur i1 écrit en ordonnée, et cliquer sur « autre ordonnée » puis calibrage.
 Comment varie i1(t) au cours de la charge ?
 Quelle est la valeur de i1 à t = 0 ? Cette valeur était-elle prévisible ?
 Quelle est la valeur de i1 en fin de charge ? Cette valeur était-elle prévisible ?
3. Quel modèle pour uc=f(t) ?
Nous voulons vérifier si la courbe expérimentale uC=f(t) peut être modéliser par la fonction mathématique :
uC=E(1-e
τ
t
) où E est la tension aux bornes du générateur.
 Créer un tableau des valeurs dans l’icône Tableur : faire glisser les courbes uc1et UG1 dans deux colonnes du tableau.
En double cliquant sur le nom de la courbe, on fait apparaître une 3ème colonne contenant les valeurs de la variable
temps.
 Enlever, en les sélectionnant puis en les coupant (icône « ciseaux ») toutes les valeurs de t, uc1et UG1 avant t = 0.
 Réaliser la modélisation dans Traitement/ Modélisation (voir fiche d’utilisation).

 Noter l’expression de uC obtenue par la modélisation ; en déduire une valeur expérimentale
de  et la comparer à la valeur précédemment obtenue par mesure directe (IV 1).