M HAMED EL GADDAB & MONGI SLIM

Transcription

1 Sous la direction : M HAMED EL GADDAB & MONGI SLIM Préparation et élaboration : AMOR YOUSSEF Présentation et animation : MAHMOUD EL GAZAH MOHSEN BEN LAMINE AMOR YOUSSEF Année scolaire :

2 RECUEIL D EXPERIENCES I- EXPERIENCES DE MIS EN EVIDENCE DU PHENOMENE D INDUCTION ELECTROMAGNETIQUE. I-1 Production du courant induit et de la f.é.m induite. Expérience n 1-1 bobine de grande inductance (L>500mH) ; -1 aimant (barreau aimanté) ; -1 microampèremètre ou un galvanomètre ; -2 cordons. Manipulation : Approcher puis éloigner l un des pôles de l aimant de l une des faces de la bobine. Noter les observations. N S µa Expérience n 2-2 bobines de grande inductance (L>500mH) ; -1 aimant (barreau aimanté) ; -1 microampèremètre ou un galvanomètre ; -1 générateur ; -1 interrupteur ; -1 rhéostat ; -2 cordons. Manipulations : Elaboration : AMOR YOUSSEF 2

3 Ö Manip 1 : Après avoir fermé l interrupteur, approcher puis éloigner la face de la bobine (b 1 ) de la face de la bobine (b 2 ). Noter les observations. Attention : Régler le rhéostat pour n est pas court-circuiter le générateur Bobine (b 2 ) Bobine (b 1 ) K E Ö Manip 2 : Rapprocher les faces des deux bobines l une contre l autre puis ouvrer et fermer plusieurs fois l interrupteur (K). Noter les observations. Expérience n 3 µa -1 bobine de grande inductance ; -1 aimant (barreau aimanté) ; -1 ressort suspendu à une potence ; -1 oscilloscope ; -2 cordons. Manipulation : Ressort S N Elaboration : AMOR YOUSSEF 3

4 I-2 Sens du courant induit : Loi de Lenz Expérience -1 bobine de grande inductance (L>1H) ; -1 aimant (barreau aimanté) ; -1 aiguille aimantée ; -1 microampèremètre ou un galvanomètre ; -2 cordons. Manipulation : - Repérer le sens de l enroulement du fil de cuivre de la bobine ; - Brancher le micro-ampèremètre en repérant sa polarité ; - Repérer le pole nord de l aimant ( par exemple à l aide d une aiguille aimantée ou une boussole) ; - Déplacer l aimant vers la face de la bobine et noter le sens du déplacement de l aiguille du micro-ampèremètre. - Retrouver le sens du champ magnétique induit par suite les pôles de la bobine lorsqu elle traverser par le courant induit. - Répéter l expérience en inversant à chaque fois, soit le sens du déplacement de l aimant ou le pole présenter à la face de la bobine. Sens du déplacement N S - + µa Note : On peut remplacer le microampèremètre par un oscilloscope et un résistor R de faible résistance et de faible puissance (1/4 W). Sens du déplacement N S R Y 1 Elaboration : AMOR YOUSSEF 4

5 II- EXPERIENCES DE MISE EN EVIDENCE DU PHENOMENE D AUTO- INDUCTION. II-1 Expérience -1 bobine de grande inductance (L>1H) ; -1 lampe 6V 50 ma ; -1 pile de 4,5 V ; -1 interrupteur -2 pince crocodiles ; -1 diode ; -6 cordons. Manipulations : Ö Manip 1 : Noter l état de la lampe lorsque l interrupteur (K) est fermé puis lorsque l on ouvre; U g >0 K U b >0 i g >0 K i b >0 U L >0 i L >0 Remarque : A fin d obtenir un résultat appréciable (condition d apparition d un flash lumineux) on doit choisir la bobine et la lampe de manière que i b >i L. Elaboration : AMOR YOUSSEF 5

6 Ö Manip 2 : Insérer la diode dans le montage précédant, puis noter l état de la lampe lorsque l interrupteur (K) est fermé puis lorsque l on ouvre. Flécher les tensions aux bornes de la bobine et de la lampe dans chaque cas. K K D D Ö Manip 3 : Inverser la diode dans le montage précédant, puis noter l état de la lampe lorsque l interrupteur (K) est fermé puis lorsque l on ouvre. Flécher les tensions aux bornes de la bobine et de la lampe dans chaque cas. Remarques : A l aide de cette série d expériences on peut mettre en évidence : La discontinuité de la tension aux bornes de la bobine et continuité du courant. Que la durée de l annulation du courant ne dépend pas de la tension U g, mais elle dépende de l inductance (L) et de la résistance (r)de la bobine. II-2 Simulation Elaboration : AMOR YOUSSEF 6

7 - À l aide d un logiciel de simulation ( telle que «Electronics Workbench», «ISIS», ) réaliser le montage ci-après. - Initialement l interrupteur est fermé. Cliquer sur la barre d espace pour ouvrir l interrupteur. - Après quelques instant cliquer sur le bouton «Display Graphs» - Cliquer à l aide du bouton droit de la souris sur le graphe, lorsque le menu s ouvre cliquer sur propriétés et ajuster les échelles. On obtient le graphe ci-après - Répéter les manipulations précédentes on modifiant la valeur L et de R. L=1,4 H R = 10 W Elaboration : AMOR YOUSSEF 7

8 L=500 mh R= 10 W Constatations : II-3 La f.é.m d auto-induction -1 bobine de grande inductance (L=1,2H) ; -1 conducteur ohmique de résistance R=10.kW ; -1 un G.B.F ; -1 oscilloscope -6 cordons. Elaboration : AMOR YOUSSEF 8

9 Manipulations : - Réaliser le montage de la figure ci-dessous ; - Régler le G.B.F sur : o la fréquence N=200 Hz ; o la valeur crête U=2 V ; o le signal triangulaire. u L u ur Questions a. Quel signal visualise-t-on sur chacune des voies de l oscilloscope?.. b. Régler l oscilloscope de manière à visualiser la tension u L sur la voie Y 1 et la tension u R sur la voie Y 2 et recopier l écran de l oscilloscope.. Calibres :. Elaboration : AMOR YOUSSEF 9

10 c. Un réglage approprié des calibres de l oscilloscope permet d obtenir l écran ciaprès. Préciser ces calibres et vérifier que la tension u L est compatible avec l expression : di ul = L dt.. Autre expérience -1 bobine de grande inductance (L=1,2H) ; -1 conducteur ohmique de résistance R=2,2kW ; -1 G.B.F ; -1 oscilloscope ; -1 un amplificateur opérationnel (µa 741) ; - 1 alimentation symétrique ; -10 cordons. Manipulation : - Réaliser le montage. - Polariser l amplificateur par une tension ± 10V - Régler le G.B.F sur un signal carrée de fréquence 500Hz. Note : Pour ce montage aucune connaissance sur l amplificateur opérationnel n est nécessaire, il suffit de savoir que ce composant permet d avoir I - =0 et u NM =0, d où Elaboration : AMOR YOUSSEF 10

11 l intensité i du courant électrique qui traverse la bobine est la même que celle qui traverse le résistor. Masse de l oscilloscope Application : a. En négligeant la résistance de la bobine, établir la relation entre u L et i. b. Déterminer une valeur approché de L. Commenter le résultat. Elaboration : AMOR YOUSSEF 11

12 III- REPONSE D UN DIPOLE RL A UN ECHELON DE TENSION -1 bobine d inductance variable ; -1 conducteur ohmique de résistance R=1.kW ; -1 un G.B.F ; -1 oscilloscope -6 cordons. Activité et Manipulations : 1. Compléter le schéma suivant en indiquant les branchements de l oscilloscope permettant de visualiser sur la voie 1 la tension u G délivrée par le G.B.F et sur la voie 2 la tension u R aux bornes du résistor de résistance R. Représenter ces tensions par des «flèches tensions». GBF R L 2. Réaliser ce montage et les branchements de l oscilloscope. On réglera la position du noyau de fer doux de la bobine pour obtenir une self-inductance d environ 0,4 H. Ö Montrer qu on observera sur la voie 2 la représentation de i = f(t) à un coefficient près. Quel est ce coefficient? 3. Régler le GBF pour obtenir un échelon de tension U 0 =.. V (une tension en «créneaux» variant entre0 V et.. V) de fréquence 300 Hz. Sur le GBF régler l offset à O puis Out (amplitude de la sortie) qui permettent d observer l établissement puis l'annulation du courant dans la bobine. 4. Représenter l oscillogramme obtenu. Ö L établissement et l'annulation du courant sont-ils instantanés? Ö Quels sont les paramètres qui, à votre avis, peuvent avoir une influence sur le retard à l établissement ou à l'annulation du courant. Préciser cette influence. 5. Influence des différents paramètres sur la constante de temps du dipôle RL. Dans ce paragraphe, seule la partie d'établissement du courant sera étudiée. Elaboration : AMOR YOUSSEF 12

13 On se propose d étudier la durée t nécessaire pour que l intensité atteigne 63% de sa valeur maximale. La durée t est appelée constante de temps du dipôle RL. Dans les mesures suivantes la résistance r de la bobine est très faible par rapport à la résistance R du résistor mis en série. Dans ces conditions la résistance totale du dipôle est voisine de R. L amplitude de la tension en créneaux délivrée par le générateur étant maintenue à.. V, pour quelle valeur de la tension aux bornes du résistor a-t-on i = 0,63 Imax? a. Influence de l'inductance L sur la valeur de la constante de temps En conservant R = kw mesurer t pour différentes valeurs de L. L(H) t (...) Conclure.: b. Influence de la résistance R sur la valeur de t. Ajuster l inductance de la bobine à la valeur L= puis mesurer t pour différentes valeurs de R. R(W) t (...) Conclure. c. Expression de la constante de temps du dipôle RL. 1. Montrer que le rapport L/R est homogène à un temps. 2. En utilisant les mesures précédentes, compléter le tableau suivant et comparer t et L/R. L(H) R(W) L/R(s) t (s) 3. Conclure. Elaboration : AMOR YOUSSEF 13