Étude d`un dipôle RC avec chronomètre

POC1
Sujet : Étude d’un dipôle RC
Étude à l’aide d’un chronomètre
Fiche n° 3 : ÉNONCÉ DESTINÉ AU CANDIDAT
Ce sujet est accompagné de deux feuilles individuelles de réponses sur lesquelles vous devez
consigner vos résultats.
But de la manipulation :
Étudier la décharge d'un condensateur à travers un conducteur ohmique.
Simuler le flash d'un appareil photographique.
Travail à effectuer :
1. Réalisation du montage
1.1 Réaliser le montage suivant en respectant les polarités indiquées sur le condensateur.
On prendra C = 1,0 × 10
3
µF , R = 470 Ω , R
1
= 33 kΩ ; les interrupteurs (K
1
) et (K
2
) sont ouverts.
1.2 Sur le schéma de la feuille de réponses, représenter un voltmètre permettant de mesurer la tension u
AB
aux
bornes du condensateur. Identifier sur le schéma ses bornes «com» et «V». Insérer le voltmètre dans le circuit.
Vérifier que le condensateur est déchargé.
Appeler le professeur pour vérification du montage (appel 1).
L'interrupteur (K
2
) restant ouvert, fermer l’interrupteur (K
1
). Ajuster la tension aux bornes du générateur afin de
fixer u
AB
= 8,0 V lorsque le condensateur est chargé.
2. Évolution temporelle de la tension u
AB
2.1 Ouvrir (K
1
), fermer (K
2
) et déclencher simultanément le chronomètre. Mesurer u
AB
(t) toutes les dix secondes
et remplir le tableau sur la feuille de réponses.
Appeler le professeur pour vérification des valeurs (appel 2).
2.2 Tracer la courbe u
AB
= f(t)
3. Exploitation de la courbe
3.1 Au bout d'une durée égale à la constante de temps τ, la tension aux bornes du condensateur est égale à 37 %
de la tension initiale.
Déterminer
τ .
B
A
R
1
K
2
C
R
K
1
-
+
Circuit 1 Circuit 2

3.2 Calculer la constante de temps à partir de l'expression τ
th
= R
1
C et des valeurs données par le constructeur.
Comparer les valeurs de τ et de τ
th
. Compléter la feuille de réponses.
4. Simulation du flash
Objectif : On peut simuler le flash d'un appareil photographique en ajoutant en série dans le circuit 2 de décharge
du condensateur une diode électroluminescente (DEL), composant polarisé.
Une diode ne laisse passer le courant que dans le sens indiqué sur le schéma ci-dessous (appelé sens passant) et
à la condition que la tension U
d
à ses bornes soit supérieure ou égale à une tension appelée tension de seuil
(U
seuil
> 0 V)
4.1 Pour simuler un flash la diode doit éclairer pendant une durée courte, la constante de temps τ du circuit de
décharge doit donc être petite. Aussi on remplacera dans le circuit 2 de décharge la résistance R
1
par une
résistance R
2
= 10 Ω.
Sur la feuille de réponses, modifier le schéma du circuit 2 du montage en ajoutant, en série avec R
2
, une diode
qui laisse passer le courant lors de la décharge du condensateur. Placer R
2
et la diode dans le circuit.
Appeler le professeur pour vérification du schéma et du montage (appel 3).
4.2 Charger le condensateur. Mesurer la tension aux bornes du condensateur chargé, appelée Umax . Puis
décharger le condensateur dans le nouveau circuit comportant la DEL. Mesurer alors la tension U min aux bornes
du condensateur lorsque la DEL n'éclaire plus. Pourquoi le condensateur n'est-il pas totalement déchargé ?
Compléter la feuille de réponses.
4.3 On admettra que la durée d'éclairement du flash t ex est du même ordre de grandeur que la durée au cours de
laquelle la tension aux bornes du condensateur varie de U
max
à U
seuil
soit de l'ordre de :
tex = R
2
C ln (U
max
/ U
seuil
).
Calculer un ordre de grandeur de la durée d'éclairement du flash t ex dans le montage précédent. Compléter la
feuille de réponses.
4.4 Pour décharger complètement le condensateur dans le montage précédent on propose plusieurs solutions:
- inverser le sens de la diode ;
- augmenter la valeur de la résistance R
2
;
- court-circuiter le condensateur ;
- court-circuiter la diode ;
- enlever la diode en laissant le circuit 2 ouvert.
Choisir une solution sur la feuille de réponses. Donner un argument justifiant ce choix. Réaliser la décharge
complète du condensateur.
Appeler le professeur pour la réalisation (appel 4).
Défaire le montage et ranger la matériel sur la paillasse.
Le candidat doit restituer ce document avant de sortir de la salle d'examen.