4 ème année Sc.expérimentales Physique Tk. Baccari P1.1 : Etude de quelques dipôles passifs L1 : Généralités sur les dipôles passifs L2 : Le résistor

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1 Tout dipôle électrique passif est caractérisé par une grandeur caractéristique mesurable et une fonction caractéristique (relation «intensité-tension»). I. Activité 1) Mesurer en circuit ouvert, la tension aux bornes d un résistor, d un condensateur et d une bobine. Conclure quant au caractère (passif ou actif) de chacun de ces dipôles. 2) Donner pour un résistor, le nom et l unité de sa grandeur caractéristique. 3) En se référant, aux notices du constructeur, donner le nom et l unité de la grandeur caractéristique du condensateur et de la bobine. 4) On considère un dipôle passif (AB) où le sens positif arbitrairement choisi pour le sens du courant est de A vers B. Représenter la tension u (t) aux bornes d un dipôle récepteur. II. Conclusion 1/8 Thème P1 : Evolution de systèmes électriques _ www : tawbac.jimdo.com

2 Un résistor est un conducteur ohmique dont la résistance reste constante dans un large domaine de fonctionnement. Dans ce qui suit, on confond les deux types de dipôles. I. Grandeur caractéristique d un résistor : la résistance a) Définir la résistance d un résistor (ou d un conducteur ohmique). b) Donner le nom de l appareil de sa mesure. II. Relation «intensité-tension» : loi d Ohm : Ecrire la relation traduisant la loi d Ohm qu on énoncera. : la loi d Ohm III. Le résistor en courant sinusoïdal a) Ecrire la relation «intensité-tension» lorsque le résistor est soumis à une tension sinusoïdale de fréquence N. b) Sachant qu en régime sinusoïdal, l impédance d un dipôle D est Z =. Déterminer l impédance Z d un résistor. Dépend-elle de la fréquence N? c) Donner l unité d une impédance. IV. Un résistor emmagasine-t-il de l énergie? 2/8 Thème P1 : Evolution de systèmes électriques _ www : tawbac.jimdo.com

3 I. Description d un condensateur de charge ; notion de capacité II. Relation «intensité-charge» a) Exprimer pour un conducteur, l intensité moyenne I en fonction de la charge Q transportée. b) En déduire l expression donnant l intensité instantanée i(t) en fonction de la charge q(t). III. Relation «intensité-tension» a) Réaliser le circuit de la figure ci-dessous comprenant : un générateur de courant d intensité I = μa, un condensateur de capacité C = μf et un voltmètre branché aux bornes du condensateur. b) Fermer le circuit à un instant pris comme origine des temps (t=0 s) et prélever aux différents instants choisis, les valeurs de la tension u (t) aux bornes du condensateur et compléter le tableau suivant : t(s) 0,0 5, u (V) 3/8 Thème P1 : Evolution de systèmes électriques _ www : tawbac.jimdo.com

4 c) Tracer la courbe d évolution temporelle de la tension u : = ( ) d) Montrer qu en courant d intensité constante, la charge q(t), est proportionnelle à la tension u (t). (On notera la constante de proportionnalité par la lettre K que l on calculera). e) Comparer la valeur de la constante K à la valeur de la capacité C affichée par le constructeur sur le condensateur. f) En déduire les expressions en fonction de la tension u (t), de la charge électrique q(t) et de l intensité i(t) du courant. IV. Le condensateur en courant constant et en courant sinusoïdal a) Ecrire la relation «intensité-tension» lorsque le condensateur est soumis: ) à une tension continue. En déduire que le condensateur est équivalent à un interrupteur ouvert. ) à une tension sinusoïdale de fréquence N. b) Exprimer en régime sinusoïdal, l impédance du condensateur. En déduire le comportement du condensateur pour les basses et les hautes fréquences. V. Energie emmagasinée dans un condensateur Le condensateur étant chargé, brancher entre ses bornes une diode LED. En déduire qu un condensateur chargé est un réservoir d énergie. VI. Phénomène de charge et phénomène de décharge 1) Interprétation microscopique 2) Interprétation analytique (macroscopique) 4/8 Thème P1 : Evolution de systèmes électriques _ www : tawbac.jimdo.com

5 I. Description d une bobine inductive et symbole II. Relation «intensité-tension» d une bobine 1) GBF en mode triangulaire a) Activité ) Se procurer d un GBF, d un résistor et d un oscilloscope. ) Visualiser à l aide d un oscilloscope, la tension triangulaire u(t) délivrée par le GBF sur la voie X et la tension u (t) aux bornes du résistor sur la voie Y. ) Comparer l allure et la période de la tension u (t) à celles de u(t). En déduire que le GBF débite (délivre) dans un circuit extérieur, un courant d intensité i(t) triangulaire et de fréquence imposée par le GBF. b) Conclusion 2) Relation «intensité-tension» et inductance a) Activité Dans le but de visualiser simultanément la tension u (t) aux bornes de la bobine et la tension u (t) aux bornes d un résistor, on réalise le circuit de la figure ci-dessous comportant : un GBF de masse flottante et délivrant une tension triangulaire de fréquence N réglable ; une bobine d inductance L = H et de résistance interne r = Ω ; un résistor de résistance R nettement supérieure à r : R = Ω ; ) Exprimer la tension u (t) en fonction de u (t) et la tension u (t) en fonction 5/8 Thème P1 : Evolution de systèmes électriques _ www : tawbac.jimdo.com

6 de u (t). ) Pourquoi est-il indispensable de «flotter» la masse du GBF et d inverser la voie Y? ) Réaliser le circuit et ajuster les valeurs de la fréquence N et de la résistance R et celles des sensibilités afin d obtenir des oscillogrammes stables. ) Noter la valeur N de N et les valeurs des sensibilités s et s. ) Reproduire sur la copie, les oscillogrammes ) Sur une durée de, vérifier que la tension aux bornes d une bobine idéale et l intensité du courant qui y circule vérifient la relation : u (t) = L ( ). ) En exploitant la formule obtenue et par analogie avec l expression ( ) i(t) = C, dégager ce que caractérise l inductance L. b) Conclusion III. La bobine en courant constant et en courant sinusoïdal a) Ecrire la relation «intensité-tension» lorsque la bobine est parcourue par un courant : ) d intensité constante. En déduire que la bobine est équivalente à un résistor. ) d intensité sinusoïdale de fréquence N. b) Exprimer en régime sinusoïdal, l impédance Z d une bobine supposée idéale. En déduire le comportement de cette bobine pour les basses et les hautes fréquences. 6/8 Thème P1 : Evolution de systèmes électriques _ www : tawbac.jimdo.com

7 IV. Energie emmagasinée dans une bobine inductive V. Phénomène d auto-induction et phénomène d induction magnétique 1) Phénomène d auto-induction a) Activité : L expérience des deux lampes identiques ) Réaliser le circuit de la figure ci-contre comprenant : une bobine avec noyau de fer doux, deux lampes identiques et un résistor de résistance égale à la résistance r de la bobine. Fermer rapidement le circuit et noter les faits observés. ) Montrer que la variation de l intensité du courant qui circule dans la bobine donne naissance à un courant dans cette bobine dont on précisera le sens par rapport au courant inducteur. ) Le phènomène physique qui caractérise l effet inductif de la bobine est l auto-induction. Justifier ce qualificatif tout en précisant, l induit et l inducteur. ) Dévisser la lampe (L2) et ouvrir l interrupteur. En déduire qu une bobine chargée par un courant est un réservoir d énergie magnétique. b) Conclusion 2) Phénomène d induction magnétique Dans le cas où l induit et l inducteur sont distincts (séparés), l induit est le siège d un phénomène d induction électromagnétique. a) Activité ) Réaliser l expérience suivante : déplacement relatif d un aimant et d une bobine. 7/8 Thème P1 : Evolution de systèmes électriques _ www : tawbac.jimdo.com

8 ) Noter le fait observé lorsque l aimant se déplace rapidement au voisinage de la bobine. ) Sachant que la relation de proportionnalité «valeur du champ magnétique-intensité du courant» (B=Ki), reste valable en courant variable, interpréter la création du courant induit tout en précisant son sens. ) Le phénomène physique conduisant à la création du courant induit dans la bobine est l induction électromagnétique. Indiquer l induit et l inducteur pour ce phénomène. b) Conclusion 8/8 Thème P1 : Evolution de systèmes électriques _ www : tawbac.jimdo.com

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