TP Physique -dipôle RL-EXAO

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.
ETABLISSEMENT DU COURANT DANS LE CIRCUIT CONTENANT LE DIPÔLE RL
EA0
I- DISPOSITIF EXPÉRIMENTAL :
E1
• 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 10Ω, x1Ω,
- Bobine d’inductance de 1000 ou 500 tours et de résistance r,
•
M
i
• E2
L
Ug =E
r
EA1
pour réaliser, à partir du schéma de montage fourni, le montage ci-contre.
A
Position (E1) de l’interrupteur : ETABLISSEMENT du courant,
Position (E2) de l’interrupteur : RUPTURE du courant .
r’
• 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.
B
II- ACQUISITION INFORMATIQUE : (EXAO)
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’ (Ω)
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 ».
Lycée Henri de Toulouse-Lautrec (31)
• 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
III- EXPLOITATION DES DONNÉES :
1- Influence de R et de L sur le phénomène d’établissement du courant :
• 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 PARTIR DE MAINTENANT, NOUS ALLONS TRAVAILLER UNIQUEMENT SUR LA COURBE N°1
2- Etude théorique :
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
τ
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= τ , déterminer la valeur du rapport
i
, où I représente le courant permanent. Proposer une méthode
I
permettant de déterminer τ 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=τ ?
Donner un méthode qui permet d’accéder à mesure de τ 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- Détermination expérimentale de τ :
• Afficher uniquement la courbe uAB=f(t) à l’écran.
2
• En appliquant la METHODE N°2 déterminer la valeur de τ exp .
Q7 : Donner l’expression de i en fonction de r’ et uAB.
• Créer la grandeur i=f(t).
1
• En appliquant la METHODE N°1 déterminer la valeur de τ exp .
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- Modélisation de la courbe expérimentale i=f(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- Comment varie la tension aux bornes de bobine lors de l’établissement du courant dans le circuit :
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.
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