Le dipôle RL

TP dipôle RL
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Le dipôle (R,L) : Établissement du courant dans un circuit inductif
Objectifs.
- Étudier la réponse d'un dipôle (R,L) à un échelon de tension.
- Mettre en évidence les paramètres de la constante de temps «  » du dipôle.
- Rechercher l’expression de l’énergie électrique reçue par la bobine.
I. Dispositif expérimental.
 Réalisez le montage ci-contre avec :
(B) : bobine L = 10 mH et r = 2,2 W
(R) : résistance à décades (10 ou 100 ).
(D) : diode de protection (à l'ouverture de K).
 Réglez l’alimentation stabilisée pour qu’elle délivre une
tension constante UG = E  2,2 V.
 Vérifier à l’aide d’un voltmètre que uR < 2,5 V
 Brancher l’adaptateur voltmètre de l'ordinateur pour
mesurer la tension uR(t) aux bornes du condensateur.
Par quelle relation cette tension est-elle « l’image » du courant
i(t) dans le circuit ?
L
K
1
R
VOLT
O
R
D
I
I
DuR
+
—
E
ub
entrée
COM
II. Réglages.
Caractéristiques du montage : bobine (L = 10 mH, r = 2,2 W) et R = 100 W. voltmètre calibre 2,5 V, tension continue.
Ouvrir le logiciel « ESAO3 ».
Paramètres de l’acquisition : Durée : quelques ms (adapter la durée en fonction de l’acquisition, cette durée doit être au
moins égale à 5 fois la constante de temps ; remarque si cette grandeur n’a pas encore était vu, on impose une valeur) ;
Nombre de points : 32 et balayage temporel ;
Synchronisation : par seuil montant ;
Valeur du seuil : quelques mV environ (le plus petit possible faire des essais).
III. Saisie des mesures.
Cliquer sur l’icône « nouveau ». L’icône « stop » apparaît.
Fermer K : le courant s’établit dans le circuit ; l’acquisition se déclenche automatiquement dès que la tension est au moins égale
au seuil et la courbe uR (t) s’affiche à l’écran.
Si l'acquisition est satisfaisante, basculer vers régressi : renseigner la zone de dialogue : nommer la grandeur mesurée V ;
indiquer l’unité, et vérifier que la case nouveau fichier est activée (à la première saisie sinon nouvelle feuille)
IV. Exploitation des données.
1. Réponse du dipôle (R,L) à un échelon de tension.
Le grapheur affiche « l’image » de l’évolution de l’intensité due au dipôle RL sous la forme de la courbe V = f(t) ;
remarquer que la tension (image de l’intensité) pour t = 0 n’est pas nulle, c’est un défaut de l’acquisition automatique (seuil).
Aller au tableur pour créer les paramètres expérimentaux R, r et L.
Création du paramètre R : cliquez l’onglet « paramètre » puis sur pour créer le paramètre expérimental R (R résistance
aux bornes de laquelle on a mesuré la tension), indiquer l’unité (W). Cliquer sur OK. Saisir la valeur de R dans le tableau des
paramètres qui apparaît à l’écran.
Création du paramètre r : cliquer l’onglet « paramètre » puis sur pour créer le paramètre expérimental r (résistance de la
bobine), indiquez l’unité (W). Cliquer sur OK. Saisir la valeur de r dans le tableau des paramètres qui apparaît à l’écran.
Création du paramètre L : cliquer l’onglet « paramètre » puis sur pour créer le paramètre expérimental L (inductance de
la bobine), indiquez l’unité (H). Cliquer sur OK. Saisir la valeur de L dans le tableau des paramètres qui apparaît à l’écran.

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TP dipôle RL
Création de la variable intensité : cliquer sur l’onglet : « variables » ; cliquer pour créer une nouvelle variable que nous
allons appeler i : indiquer l’unité (A) et cocher la case « grandeur calculée » : saisir l’expression i = V/R. (R et pas Rt = R + r).
Cliquer sur OK. (Rappel la tension aux bornes de la résistance uR est notée V dans le tableur.)
Vérifier que le tableur affiche bien la nouvelle colonne des différentes valeurs de l’intensité au cours du temps.
Retourner au grapheur . Pour choisir comme ordonnée i cliquer sur et dans la zone de dialogue chercher dans le menu
local ordonnée la grandeur i et t pour l’abscisse. Cliquez sur OK. La courbe affichée est maintenant i en fonction du temps.
Il s’agit de la courbe représentative i(t) qui est la réponse du dipôle (RL) à l’échelon de tension.
Commenter l’allure de la courbe i = f(t) :
- L’établissement du courant est-il instantané ? Comparer avec le dipôle RC.
- Quelle est la valeur de i en fin de charge(imax) ? dans le menu local Curseur choisir Réticule qui permet de repérer les
coordonnées d'un point de la courbe.
- Modélisation : cliquer l’icône « modélisation » et choisir modèles prédéfinis ajuster la courbe en utilisant le bouton
« ajuster ». Noter l’expression de cette courbe. Retourner au tableur et choisir l’onglet : « paramètres » deux nouveaux
paramètres sont inscrits : « a » et « t
- Comparer la valeur de  à celle du rapport L/Rt où Rt (résistance totale) = R + r.
Autre façon de mesurer t dans le menu local Curseur choisir Réticule.
- À l’aide du curseur réticule donner la valeur du temps caractéristique d’une évolution exponentielle « t
- Quelle est la durée au bout de laquelle i = 0,63imax ? Comparer ces deux valeurs, conclure. (Rappel : 1 - e-1  0,63)
- Vérifier qu'au bout de 5, le courant est pratiquement constant ? La durée de l’acquisition est-elle au moins égale à 5t ?
2. Comment varie la tension aux bornes de la bobine ?
Exprimer littéralement ub(t) en fonction de uR(t) et de E. (additivité des tensions, rappel du cours : ub = L
di
dt
+ ri cf. cours)
Créer la grandeur dérivée
di
dt
 aller au tableur : cliquer sur l’onglet : « variables » ; cliquer pour créer une nouvelle
variable que nous allons appeler d : indiquer l’unité (A/s) et cocher la case « grandeur dérivée » et afficher
di
dt
. Une nouvelle
colonne appelée « d » a été créée.
Créer la grandeur calculée : ub = L
di
dt
+ ri  cliquer pour créer une nouvelle variable que nous allons appeler ub, indiquer
son unité (V) cocher la case « grandeur calculée » : saisir l’expression ub = L*d+r*i.
Afficher sur le même graphe (axes des ordonnées distincts un à droite, l’autre à gauche) les courbes ub(t) et i(t).
- Comment varie ub au cours de l’établissement du courant ?
- Quelle est la valeur de ub à t = 0 ? Cette valeur était-elle prévisible ?
- Quelle est la valeur de ub en régime permanent ? Cette valeur était-elle prévisible ?
3. Comment faire une nouvelle acquisition en changeant les paramètres L et/ou R ?
Basculer vers le logiciel d’acquisition ESAO3 en cliquant sur l’icône : . recommencer une nouvelle acquisition (avec une
nouvelle résistance), modifier si nécessaire les paramétrages d’acquisition du logiciel ESAO3. Si la nouvelle acquisition vous
semble convenable, basculer vers régressi dans la fenêtre dialogue, cocher “nouvelle feuille” de façon à rajouter cette
nouvelle acquisition à la précédente.
Changer la résistance R = 200 , évaluer la durée d’acquisition environ 5 fois la constante de temps et faire l’acquisition ;
basculer vers régressi : renseigner la zone de dialogue : nommer la grandeur mesurée V ; indiquer l’unité, et vérifier que
la case nouvelle feuille est activée (et pas nouvelle page). Aller au tableur pour renseigner les nouveaux paramètres
expérimentaux R, r et L.
Faites apparaître la courbe i = f(t) modéliser cette courbe et mesurer  vérifier la précision de la mesure à partir de la valeur
théorique. Même travail avec la courbe u = f(t).
Si vous avez le temps recommencez une acquisition en changeant la bobine.