TP de physique n 7 charge et décharge d'un condensateur Terminale

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1 TP de physique n 7 charge e décharge d'un condensaeur Terminale I. CHARG T DCHARG D'UN CONDNSATUR SOUS UN TNSION CONSTANT 1) Monage u R u C ma COM i R = 5,6 k C = 1500 F = 10 V coninu V COM ATTNTION: Le condensaeur es polarisé, il fau le branché dans le bon sens A-mère sur le calibre 2 ma coninu e branché dans le bon sens V-mère sur le calibre 20 V coninu e branché dans le bon sens 2) Manipulaion - Placer l inerrupeur sur la posiion 2 : Le condensaeur se charge. - Relever l inensié i e la ension u C en foncion du emps. - Placer ensuie l inerrupeur sur la posiion 1 : le condensaeur se décharge. - Refaire les mêmes mesures au cours du emps. Charge : posiion 2 de l inerrupeur (s) i C (ma) U C (V) Décharge : posiion 1 de l inerrupeur (s) i C (ma) U C (V) 3) xploiaion Tracer, sur un même graphique, i e u C en foncion du emps pour la posiion 2 de l inerrupeur. Tracer, sur un même graphique, i e u C en foncion du emps pour la posiion 1 de l inerrupeur. Sur un des graphiques, racer la angene à l origine e déerminer la consane de emps. Trouvez par une aure méhode graphique. Vérifier que = RC. Lors de la charge (inerrupeur sur la posiion 2), écrire la loi d addiivié des ensions dans le circui. Que vau la ension u C au emps = 0? n déduire que l inensié au emps =0 s écri : i(0) = R Lors de la décharge (inerrupeur sur la posiion 1), en déduire que l inensié au emps =0 s écri: i(0) = - R Quels son les différens régime observables concernan la ension u C? La ension u C varie--elle de façon disconinue ou coninue au cours du emps?

2 II. TUD D LA CHARG D'UN CONDNSATUR A L'AID D'UN SYSTM D'ACQUISITION 1) schéma de principe - +5V 2 1 M Synchro ex R = 10 k C = 1 F = 5 V A 0 2) Monage u C u R - Le généraeur = 5V es celui de l inerface sysam : les bornes masse e + 5V se rouven dans le cadran «alimenaions». - Aenion à la polarié du condensaeur : l encoche doi êre côé + du généraeur. - Les bornes M, 1 e 2 de l inerrupeur inverseur se rouven sur le module carré bleu. - Placer l'inerrupeur inverseur-déclencheur sur 1. - Le basculemen de l'inerrupeur de 1 sur 2 enraînera la charge du condensaeur e déclenchera de façon synchrone l'acquisiion des mesures (ceci à condiion d avoir relié la borne M à l enrée synchro exerne de l inerface). - La ension u C es mesurée sur l enrée A 0 de l inerface. 3) Mesures de la ension aux bornes du condensaeur lors de la charge pour R = 10 kω e C = 1 µf - Ouvrir le logiciel d'acquisiion «Lais Pro» : Démarrer / Physique-chimie/ Lais Pro/Lais Pro - Dans la fenêre paramères de l acquisiion (cf ci-conre) : - Sélecionner la voie A0 puis la renommer UCcharge, pour ce faire : Clic droi sur A0 puis choisir «propriéés de la courbe» Cocher «Ajouer les courbes» pour les superposer Choisir : 300 poins e emps Toal d acquisiion : 30 ms Choisir : Source xerne e sens Monan

3 - Appuyer sur l icône ou la ouche F10 du clavier pour lancer la mesure, aendre 3 à 4 secondes puis basculer l'inerrupeur inverseur du module bleu de la posiion 1 à la posiion 2 - Le graphe représenan les variaions de uc =f() au cours de la charge du condensaeur s affiche sur l'écran S il y a un problème, pouvez inerrompre l acquisiion en appuyan sur la ouche chap du clavier, puis recommencer l opéraion - Afficher la courbe en uilisan l échelle maximale : faire un clic droi sur la fenêre graphique puis calibrage. - Allez ensuie dans la fenêre «lise des courbes» e renommer vore courbe (double clic sur le nom) R 10kilo e C 1 micro Monrer la courbe au prof pour savoir si vous pouvez coninuer 4) Recommencer l opéraion d acquisiion avec - Une résisance de R = 5,6 kω e un condensaeur de C = 1 µf. Renommer vore courbe (double clic sur le nom) R 5 6kilo e C 1 micro - Une résisance de R = 10 kω e un condensaeur de C = 0,22 µf Renommer vore courbe (double clic sur le nom) R 10 kilo e C 0 22 micro Monrer les courbes au prof pour savoir si vous pouvez coninuer III. QUATIONS DIFFRNTILLS 1) Lors de la charge (inerrupeur sur 2 ) a) On donne l expression de la ension aux bornes du condensaeur lors de la charge : Uc =.(1- Avec = R.C la consane de emps. b) On donne l expression de l inensié aux bornes du condensaeur lors de la charge : i = I 0. e Avec I 0 = R 2) Lors de la décharge (inerrupeur sur 1 ) a) On donne l expression de la ension aux bornes du condensaeur lors de la décharge : Uc = e Avec = R.C la consane de emps. b) On donne l expression de l inensié aux bornes du condensaeur lors de la décharge : i = -I 0. e e ) Avec I 0 = R e décharge IV. TRAITMNT MATHMATIQU DS DONNS AVC LATIS PRO 1) Déerminaion de la consane de emps a) Tracer la angene à l origine Le logiciel Laispro vous perme de racer la angene à la courbe en différens poins. - Faire un clic droi avec la souris, sélecionner angene, placer la angene en = 0 s b) Sélecionner le réicule : lire la valeur de la consane de emps exp pour les 3 courbes Regroupez vos résulas dans le ableau ci-dessous R 10 kω 5,6 kω 10 kω C 1 µf 1 µf 0,22 µf exp héo = R.C 5. exp Tension aux bornes du condensaeur pour 5. exp c) Calculer les consanes de emps héoriques héo. Compléer le ableau ci-dessus. - Comparer exp e héo. Conclusion? d) calculer 5. exp pour les 2 dernières colonnes du ableau. - Lire la valeur de la ension aux bornes du condensaeur après 5. exp puis compléer le ableau ci-dessus - Comparer ces valeurs à e conclure. e) Quelle es l influence des valeurs de C e R sur la charge d un condensaeur?

4 2) Modélisaion de la ension u C lors de la charge - Allez dans la fenêre «lise des courbes» - Supprimer oues les courbes (sélecionner la courbe à supprimer puis appuyer sur la ouche Suppr du clavier ) sauf celle de qui correspond à R = 10 kω e C = 0,22 µf - Lancer la modélisaion en suivan les indicaions ci-dessous : - Appuyer sur l icône ou sur la ouche F4 du clavier Sélecionner la courbe e la glisser ici Choisir le modèle Cliquer pour lancer la modélisaion Cliquer pour obenir les résulas de la modélisaion a) Noer sur vore rappor le modèle choisi b) Rerouver la valeur de puis de la consane de emps. Jusifier vore démarche c) Comparer e à la valeur héorique, conclusion? V. TUD D LA DCHARG DU CONDNSATUR - Sur le monage choisir comme composan R = 10 kω e C = 1 µf - ffacer oues les courbes précédenes - Dans la fenêre «paramères d aquisiion» (cf ci-conre) : Sélecionner la voie A0 puis la renommer UCdecharge, pour ce faire : Clic droi sur A0 puis choisir «propriéés de la courbe» Choisir : 1000 poins e emps oal d acquisiion :70 ms Choisir : Source xerne e sens Descendan - Appuyer sur l icône ou la ouche F10 du clavier pour lancer la mesure, aendre 3 à 4 secondes puis basculer l'inerrupeur inverseur du module bleu de la posiion 2 à la posiion 1 - Le graphe représenan les variaions de uc =f() au cours de la décharge du condensaeur s affiche sur l'écran S il y a un problème, pouvez inerrompre l acquisiion en appuyan sur la ouche chap du clavier, puis recommencer l opéraion - Afficher la courbe en uilisan l échelle maximale : faire un clic droi sur la fenêre graphique puis calibrage. - Allez ensuie dans la fenêre «lise des courbes» e renommer vore courbe (double clic sur le nom) R 10kilo e C 1 micro Monrer la courbe au prof pour savoir si vous pouvez coninuer 1) a) A l aide de Lais Pro e de la angene à l origine, déerminer la consane de emps exp pour la décharge, jusifier vore démarche b) Comparer exp pour la décharge à exp pour la charge, conclusion? 2) Déerminer la consane de emps exp à l aide d une aure méhode, déailler vore démarche 3) Modéliser la ension aux bornes du condensaeur lors de la décharge a) Noer sur vore rappor le modèle choisi b) Rerouver la valeur de e de exp. Conclusion

5 TP de physique n 6 charge e décharge d'un condensaeur Terminale MATRILPAR GROUP - inerface sysam - plaque UM - un généraeur de ension (les jaunes) - des fils de connexion - une résisance de 10 k - une résisance de 5,6 k - un ampèremère - un volmère - un condensaeur chimique de capacié de 1500 F - un condensaeur de capacié C = 1 F - un condensaeur de capacié C = 0,22 F - un chronomère - un inerrupeur ype baïonnee QULQUS ASTUCS AVC LATIS PRO résulas de la modélisaion: pour supprimer e V0 du modèle : imposer e V0 = 0, décocher acif e refaire calculer le modèle pour afficher les résulas de la modélisaion sur le graphique :copier le résula dans le presse papier clic droi sur le graphe : créer commenaire puis coller le conenu du presse papier afficher les posiions du réicule : après avoir posiionner le réicule, refaire un clic droi e cliquer de nouveau sur réicule.