TP Physique -dipôle RL-EXAO

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 10Ω, x1Ω,
- 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 u
AB
.
• 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’ (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 ».
•
••
•
•
••
•
E2
U
g
=E
EA0
EA1
M
E1
A
B
i
r
r’
L

Lycée Henri de Toulouse-Lautrec (31)
1
exp
τ
2
exp
τ
• Pour lancer l’acquisition, basculer l’interrupteur en position (E1) : La courbe présentant les variations de la tension u
AB
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 u
AB
, 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(-
τ
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= τ , déterminer la valeur du rapport
I
i
, où I représente le courant permanent. Proposer une méthode
permettant de déterminer τ graphiquement => M ETHODE N °1.
Q5 : Le problème est que nous n’avons pas à l’écran i=f(t), mais u
r’
= f(t) . Donner l’expression de u
r’ .
Que vaut u
r’
lorsque t= τ ?
Donner un méthode qui permet d’accéder à mesure de τ à partir de la courbe u
r’
= f(t) => M ETHODE N °2.
Q6 : Pourquoi l’asymptote de la courbe u
r’
= f(t) est-elle décalée par rapport à la droite qui représente la tension U
MB
= 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 τ
ττ
τ :
• Afficher uniquement la courbe u
AB
=f(t) à l’écran.
• En appliquant la M ETHODE N °2 déterminer la valeur de .
Q7 : Donner l’expression de i en fonction de r’ et u
AB
.
• Créer la grandeur i=f(t).
• En appliquant la M ETHODE 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 I
exp
, 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 u
L
=u
MA
aux bornes de la bobine. Justifier.
• A l’aide du logiciel, créer la grandeur u
L
(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 u
L
= 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 u
L
à t=0 ?
Q12 : Quelle est la valeur de u
L
lorsque le courant permanent I s’est établit dans le circuit ? Comparer cette valeur à la valeur
théorique.
Fin.