TP RL

Lycée Henri de Toulouse-Lautrec (31)
ÉTUDE DU DIPÔLE RL
Etablissement et rupture d’un courant dans un circuit série comprenant un dipôle RL
TP assisté par ordinateur n°7
Objectifs :
- Réaliser un montage électrique à partir d’un schéma.
- Montrer l’influence de R et de L sur le phénomène observé lors de l’établissement et la rupture du courant.
- Réaliser une acquisition et un traitement informatique du phénomène d’établissement et de rupture du courant dans un circuit
électrique.
E
ET TA AB BL LI IS SS SE EM ME EN NT T D DU U C CO OU UR RA AN NT T D DA AN NS S L LE E C CI IR RC CU UI IT T C CO ON NT TE EN NA AN NT T L LE E D DI IP PÔ ÔL LE E R RL L
I
I- - D DI IS SP PO OS SI IT TI IF F E EX XP PÉ ÉR RI IM ME EN NT TA AL L : :
 Mesurer la résistance interne r de la bobine pour 1000 tours et pour
500 tours.
 Utiliser le pupitre de l’interface (pour le générateur E=5V(500mA)
et l’interrupteur 2 positions )et les éléments suivants :
- Conducteur ohmique de résistance r’  Boîte de résistances x 10, x1,
- Bobine d’inductance de 1000 ou 500 tours et de résistance r,
pour réaliser, à partir du schéma de montage fourni, le montage ci-contre.
Position (E1) de l’interrupteur : ETABLISSEMENT du courant,
Position (E2) de l’interrupteur : RUPTURE du courant .
 Réaliser le circuit électrique avec les valeurs de r’ et L indiqués dans le tableau ci-dessous.
 Prélever sur l’entrée EA0, la tension uAB.
 Basculer l’interrupteur sur la position (E2).
 Sur le bureau, dans le répertoire Physique-Chimie , ouvrir l’application Regressi.
I
II I- - A AC CQ QU UI IS SI IT TI IO ON N I IN NF FO OR RM MA AT TI IQ QU UE E : : ( (E EX XA AO O) )
Vous allez réaliser trois expériences pour différentes valeurs de r’ et du nombre de tours de la bobine (en relation avec L).
Expérience n°1
Expérience n°2
Expérience n°3
Valeurs de r’ ()
5
5
50
Nombre de tours
1000
500
1000
Expérience n°1 :
 Sur le bureau, dans le répertoire Physique-Chimie , ouvrir l’application GTS2 (l’application qui va piloter l’interface de mesure)
 En bas à droite de la fenêtre, cliquer sur une voie et la paramétrer ainsi :
- Entrée analogique : EA0
- Grandeur physique :
o Symbole : Ur’
o Unité : V
- Affichage :
o Minimum : 0
o Maximum : 6
Puis cliquer sur activer.
 Veiller à désactiver, si besoin, les autres voies.
 Double-cliquez sur la fenêtre « mode » et la paramétrer ainsi :
- Mode de fonctionnement : Temporel
- Abscisse : temps
Puis , cliquer sur OK
 Double-cliquez sur la fenêtre « synchronisation » et la paramétrer ainsi :
- Entrée front : EFO ou EF1, le tout est d’être en accord avec la position de l’ « interrupteur de synchronisation » sur le
pupitre de l’interface.
- Abscisse : temps
- Mode de synchronisation : Front
Puis , cliquer sur OK
 Ensuite il faut rentrer les paramètres d’acquisition dans la fenêtre « balayage » :
- Durée : 20 ms.
- Nombre : 500
 Veiller à décocher l’option « monocoup ».
+
139
94
E2
Ug =E
EA0
EA1
M
E1
A
B
i
r
r’
L

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1
exp
2
exp
 Pour lancer l’acquisition, basculer l’interrupteur en position (E1) : La courbe présentant les variations de la tension uAB en fonction
du temps apparaît à l’écran. Nous allons exploiter cette courbe avec un logiciel tableur qui s’appelle Regressi .
 Pour cela cliquer sur l’icône sauve Regressi , puis dans la petite fenêtre qui apparaît cliquer sur nouveau fichier.
La courbe apparaît dans la fenêtre du logiciel tableur Regressi .
Expérience n°2 :
 Revenir sur la fenêtre de l’interface GTS2, modifiez les valeurs de R et L si besoin et réaliser l’acquisition de la tension uAB, puis
cliquer sur l’icône sauve Regressi . Dans le fenêtre qui apparaît il faut cocher nouvelle page , plutôt que nouveau fichier.
Expérience n°3 : IDEM
I
II II I- - E EX XP PL LO OI IT TA AT TI IO ON N D DE ES S D DO ON NN NÉ ÉE ES S : :
1
1- - I In nf fl lu ue en nc ce e d de e R R e et t d de e L L s su ur r l le e p ph hé én no om mè èn ne e d d’ ’é ét ta ab bl li is ss se em me en nt t d du u c co ou ur ra an nt t : :
 Faire afficher les trois courbes sur le même graphe. Pour cela, sur la fenêtre graphique, cliquer sur l’icône coordonnées ,
cocher superposition des pages, cliquer sur l’icône jaune qui apparaît et sélectionner les trois graphes désirés.
Q1 : Comment varie la durée que met le courant à s’établir dans le circuit en fonction de R = r+ r’ et de L ?Justifier.
A
A P PA AR RT TI IR R D DE E M MA AI IN NT TE EN NA AN NT T, , N NO OU US S A AL LL LO ON NS S T TR RA AV VA AI IL LL LE ER R U UN NI IQ QU UE EM ME EN NT T S SU UR R L LA A C CO OU UR RB BE E N N° °1 1
2
2- - E Et tu ud de e t th hé éo or ri iq qu ue e : :
Q2: Établir l’équation différentielle régissant l’évolution du courant i dans le circuit contenant le dipôle RL.
Q3 :La solution de l’équation différentielle précédente est de la forme : i(t) = A .exp(-
t
)+ B. A l’aide des valeurs de i à t=0 et à
t= , déterminer les valeurs de A et B puis donner l’expression de i(t) en fonction de E, r et r’.
Q4 : Au bout d’un temps t= , déterminer la valeur du rapport
I
i
, où I représente le courant permanent. Proposer une méthode
permettant de déterminer graphiquement => METHODE N°1.
Q5 : Le problème est que nous n’avons pas à l’écran i=f(t), mais ur’ = f(t) . Donner l’expression de ur’ .Que vaut ur’ lorsque t= ?
Donner un méthode qui permet d’accéder à mesure de à partir de la courbe ur’ = f(t) => METHODE N°2.
Q6 : Pourquoi l’asymptote de la courbe ur’ = f(t) est-elle décalée par rapport à la droite qui représente la tension UMB = E ? Dans
quel cas aurait-on ces deux droites de superposées ? Justifier.
3
3- - D Dé ét te er rm mi in na at ti io on n e ex xp pé ér ri im me en nt ta al le e d de e
:
 Afficher uniquement la courbe uAB=f(t) à l’écran.
 En appliquant la METHODE N°2 déterminer la valeur de .
Q7 : Donner l’expression de i en fonction de r’ et uAB.
 Créer la grandeur i=f(t).
 En appliquant la METHODE N°1 déterminer la valeur de .
Q8 : A partir de la mesure de la résistance r de la bobine à l’aide d’un ohmmètre, déterminer la valeur de L.
4
4- - M Mo od dé él li is sa at ti io on n d de e l la a c co ou ur rb be e e ex xp pé ér ri im me en nt ta al le e i i= =f f( (t t) )
:
 Faire un changement d’origine : Cliquer sur la flèche curseur, sélectionner changement d’origine => déplacer la droite qui apparaît
et la placer au début de l’établissement du courant, puis cliquer sur changer l’origine.
 Modéliser la courbe expérimentale obtenue.
Pour cela cliquer sur l’icône modélisation . Dans la fenêtre de gauche cliquer sur l’icône modèle prédéfini , puis sélectionner le
modèle qui convient le mieux. Cliquer sur OK.
 Déplacer la borne de modélisation : croix située en bas, à droite de l’axe des abscisses, pour l’amener sur la nouvelle origine.
Cliquer sur Ajuster.
Q9: Comparer la valeur de Iexp , mesurée sur la courbe, avec la valeur de I attendue.
 Fermer la fenêtre de gauche.
5
5- - C Co om mm me en nt t v va ar ri ie e l la a t te en ns si io on n a au ux x b bo or rn ne es s d de e b bo ob bi in ne e l lo or rs s d de e l l’ ’é ét ta ab bl li is ss se em me en nt t d du u c co ou ur ra an nt t d da an ns s l le e c ci ir rc cu ui it t : :
Q10 : Donner l’expression de la tension uL=uMA aux bornes de la bobine. Justifier.
 A l’aide du logiciel, créer la grandeur uL(t) .
 Revenir sur la fenêtre graphique et à l’aide de la fonction coordonnée, afficher sur le même graphe (axes des ordonnées distincts)
les courbes uL = f(t) et i= f(t). Attention il faut placer l’échelle de la courbe i=f(t) à droite dans la fenêtre coordonnées.
Q11 : Quelle est la valeur de uL à t=0 ?
Q12 : Quelle est la valeur de uL lorsque le courant permanent I s’est établit dans le circuit ? Comparer cette valeur à la valeur
théorique.
Fin.