TP de physique n°5 (TS) : ETUDE DU DIPOLE ( R, L, C )

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TP de physique n°5 (TS) : ETUDE DU DIPOLE ( R, L, C )
D’après : http://www.ac-toulouse.fr/sc_phy/docum/phy/ter1/tc/ptstp08c.htm
Objectifs : -
Mise en évidence du phénomène d’oscillations électriques
Etude de quelques propriétés du dipôle ( R, L, C)
Utilisation de l’oscilloscope
Matériel : -
Un oscilloscope deux voies (e )
Un bobine 1200 spires avec borne intermédiaire ( e )
Série de condensateurs ( 0,1 F ; 0,22 F ; 0,47 F ) (e )
Décade de résistances x1000  x100 x
Un GBF (e)
Un multimètre numérique (e)
3 adaptateurs fiches bananes-BNC ( e )
Fils de connexion ( e )
-
I ) CARACTERISTIQUES DE LA BOBINE UTILISEE
La bobine utilisée possède deux bornes numérotées 1 et 3 connectées à ses extrémités et une borne intermédiaire
numérotée 2.
1
2
3
400 spires
800 spires
1200 spires
Les caractéristiques de la bobine dépendent des deux bornes utilisées pour l’insérer dans un circuit électrique.
Ces caractéristiques sont reportées dans le tableau ci-dessous :
bornes utilisées
1-2
2-3
1-3
nombre de spires
400
800
1200
5
25
50
6,1
13,5
19,6
inductance L de la
bobine ( mH )
résistance r de la
bobine (  )
II ) MONTAGE EXPERIMENTAL
a ) Compléter le schéma ci-après en indiquant les branchements de l’oscilloscope permettant de visualiser sur la
voie 1 ( CH 1 ) la tension uG délivrée par le GBF et sur la voie 2 ( CH 2 ) la tension uC aux bornes du
condensateur. Représenter ces tensions par des « flèches tensions ».
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GBF
i
C
M
N
L, r
P
b) Réaliser le montage puis les branchements de l’oscilloscope, on prendra C = 0,22F ; L = 25 mH
( r= 13,5 

III ) OBSERVATION D’ OSCILLATIONS LIBRES AMORTIES
a ) Régler le GBF pour obtenir un signal en « créneaux » de tension efficace Ueff 6 V ( utiliser le multimètre )
et de fréquence f  150 Hz.
b) Effectuer les réglages nécessaires pour observer au moins une décharge oscillante du condensateur.
c) Représenter l’oscillogramme obtenu ci-dessous.
d) Les oscillations observées sont-elles périodiques, isochrones* ? Pourquoi parle-t-on dans ce cas d’oscillations
pseudo-périodiques ?
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*isochrone : « Qui s’effectue dans des intervalles de temps égaux » ( Petit Larousse )
e) Remplacer la bobine par un conducteur ohmique de résistance 3000  ( utiliser une décade de résistance ).
Comparer l’oscillogramme ainsi obtenu avec le précédent. Mettre le circuit électrique hors tension lors du
remplacement d’un composant ! ! ! !
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IV ) ETUDE DES OSCILLATIONS LIBRES DU CIRCUIT ( R, L, C )
IV-1) Influence de l’inductance L de la bobine
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a) On prendra C = 0,22 F. Mesurer avec la meilleure précision possible, la pseudo-période T des oscillations
pour différentes valeurs de l’inductance L de la bobine. Compléter le tableau suivant :
L ( mH )
5
25
50
T ( ms )
T2 / L ( ms2.mH-1 )
b) Que constate-t-on ?
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IV-2) Influence de la capacité C du condensateur
a)
On prendra L = 50 mH. Mesurer la pseudo-période T des oscillations pour différentes valeurs de la capacité
C du condensateur. Compléter le tableau suivant :
C ( F )
0,1
0,22
0,47
T ( ms )
T2 / C ( ms2.F -1 )
b) Que constate-t-on ?
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IV-3 ) Influence de l’échelon de tension
Modifier l’amplitude de la tension délivrée par le GBF. Observer l’influence sur les oscillations. Que
constate-t-on ?
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a)
IV-4 ) Influence de la résistance R du dipôle
Introduire en série dans le circuit une résistance R’ ajustable ( 0 R’  1100 ). La résistance du dipôle est
alors R = R’ + r.
Faire varier R’ et observer les deux « régimes » pseudo-périodique et apériodique. Le passage d'un régime à
l'autre est appelé régime critique.
a )Représenter l’allure des oscillogrammes observés correspondant à ces trois régimes et indiquer dans quel sens
varie la résistance R du dipôle lorsqu’on passe d’un régime à l’autre.
Régime pseudo-périodique
Régime critique
Régime apériodique
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b) Dans le cas du régime pseudo-périodique, préciser l’influence de R sur la pseudo-période et sur
l'amortissement des oscillations.
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IV-5) Pseudo période des oscillations libres d’un dipôle ( R, L, C )
a) Montrer en utilisant les résultats expérimentaux précédents que la pseudo-période des oscillations est donnée
par une relation du type T = k. L. Cen précisant les valeurs de  et .
Vérifier que la grandeur ainsi calculée est homogène à un temps.
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b) A partir de quelques mesures faites précédemment, calculer la valeur de la constante k et écrire la relation
exprimant T.
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