Electricité : TP1 : Le dipôle condensateur partie A : Rôle du condensateur dans un circuit I. Définition et symbole. Un condensateur est constitué de deux surfaces conductrices métalliques appelées armatures, en influence mutuelle, séparés par un isolant (le diélectrique). Cet isolant peut être de l’air, du mica, de la céramique, un polyester… Le symbole est: A B En convention récepteur, on représente I et UAB par des flèches de sens opposé I>0 UAB > 0 On notera qu'un circuit série comportant un condensateur est un circuit ouvert. Il ne laisse donc pas passer un courant permanent. Un condensateur ne peut s'utiliser qu'en courant variable ou en régime transitoire. II : Le condensateur, un dipôle stockeur de charges : Objectif de l’expérience : Comprendre le fonctionnement d’un condensateur. 1)Matériel : - un générateur de tension continue 6-12 V réglé sur 6 V - un condensateur 100 F - 2 DEL (rouge et verte) - une résistance R = 27Ω - un interrupteur 3 points - deux multimètres 2) montage : 1 2 K A COM E DEL rouge DEL verte A V B COM 3) Observations : a) Basculer l’interrupteur en position 1. Observer les changements dans le circuit : Indiquer les modifications d’ordre électrique, en précisant si les phénomènes observés sont durables. b) Lorsque la tension aux bornes du condensateur devient constante, indiquer l ‘état d’éclairement des DEL. c) Basculer l’interrupteur en position 2. Observer à nouveau le comportement du circuit. d) Montrer qu’il y a eu déplacement de charges et indiquer le sens de déplacement des électrons et le sens du courant. e) Citer l’élément du montage qui provoque le déplacement de charges. 4) Questions : a) Quelle constatation expérimentale permet d’affirmer que le déplacement des charges ne peut pas se faire à l’intérieur du condensateur ? b) En déduire le signe des charges stockées au niveau de chaque armature A et B du condensateur. c) Sachant que la charge électrique totale est conservée dans le circuit, quelle est relation entre les charges qA et qB stockée au niveau des bornes A et B ? d) Le condensateur est dit « chargé » quand qA et qBsont différentes de 0. Que peut-on dire alors de la tension uAB aux bornes du condensateur ? e) En s’aidant des réponses précédentes, interpréter le phénomène observé lorsque l’interrupteur est basculé en position 2. partie B: Relation entre la charge d’un condensateur et la tension à ses bornes. Utilisation de l’interface d’acquisition Objectif : Réaliser l’expérience de charge d’un condensateur à courant constant avec un logiciel d’acquisition de mesure: 1) Montage : Le générateur de courant est réglé à 1 mA à l’aide d’un ampèremètre. 2) Enregistrement des mesures : n° Tâches 1 Brancher la masse du montage et l’entrée EA0 pour réaliser la mesure de la tension à étudier. 2 Cliquer sur l'icône GTS2 du bureau de Windows Vous avez un accès possible à 2 menus : Temporel et Synchronisation Pour entrer dans un menu : cliquer sur son nom Paramètres Mode Temporel Abscisse temps calibre : -10/+10 Données sous forme de Ligne Axe vertical Synchronisation Trigger mode Front Entrée front EF0 Pente Montante Monocoup Balayage Durée Nombre t Fech 256 Se définit automatiquement Se définit automatiquement Choix de le voie Cliquer sur V1 Entrée analogique EA0 prise A Grandeur Physique Nom Unité Uc V Affichage 10V V>0 On lance manuellement l’acquisition en cliquant sur l'icône ……………. et on ouvre immédiatement l’interrupteur. 3) Courbe d’évolution de la tension aux bornes du condensateur. On enregistre le tracé de uAM(t) sur une durée de 25 s, en gardant le courant constant à 1mA a) Décrire la courbe obtenue. Que peut-on en conclure ? b) Modéliser la courbe et écrire son équation : 4) Relation entre charge et tension : On appelle charge du condensateur la valeur q de la charge portée par l’armature A. a) Exprimer q en fonction de l’intensité I et du temps écoulé t depuis le début de la charge. Coups de pouce : - attention la charge du condensateur commence avec un certain retard, au moment oú le l’interrupteur est ouvert.. - on définit l’intensité d’un courant comme étant la mesure de la quantité de charges traversant une section de conducteur par unité de temps. i= dq/dt b) A l’aide du tableur, créer la grandeur calculée q pour chaque valeur de t, en utilisant l’équation donnée précédemment. Afficher la courbe q=f(uAM). Observer. Déterminer l’équation de la partie linéaire de la courbe à l’aide de la modélisation. c) Trouver la relation qui existe entre la charge q du condensateur et la tension u à ses bornes . d) Montrer que la valeur de la constante obtenue à la question précédente est indépendante de la valeur choisie pour l’intensité I. Cette grandeur est la capacité caractéristique C du condensateur utilisé.