TP Electrocinétique 2 Le condensateur, la bobine ; circuits du premier ordre. But :Comprendre le fonctionnement d un condensateur, visualiser l énergie stockée par un condensateur ou une bobine.etudier la réponse des circuits RC et RL à un échelon de tension. I.Circuit RC série 1.Le condensateur a.charge à courant constant, capacité (manip de cours ) On veut vérifier que q =C.uC ; noter les valeurs de uc en fonction de t ; comme i=cste =I, exprimer alors u C en fonction de I ; vérifier la valeur de C indiquée. b.energie stockée, puis libérée (manip de cours ) Sous quelle forme l énergie électrostatique est-elle libérée?montrer que EC est proportionnelle à uc ², à C. 2.Circuit RC série :charge et décharge. On réalise le montage. Visualiser ue = upb (en voie 1) et uc= uab (en voie 2). Flêcher ces tensions et indiquer les connexions à l oscilloscope sur le schéma. Le GBF délivre une tension créneaux de 0 à E=10V de fréquence f (période T ) et R une résistance variable ( boite à décades) On prendra R = 2,00kΩ, C=100 nf ; f = 200 Hz Attention de ne pas sélectionner R=0 (-> générateur en c.c!) -Reproduire les courbes de ue et uc sur une période. -Mesurer le temps caractéristique τ (méthode des 63% ou de la tangente à l origine ) pour la charge ( courbe ci-contre ) ou la décharge..comparer avec la valeur théorique,
-Etudier l influence de C, puis de R, puis de f sur uc (sur τ ) -Afficher u R = upa; la reproduire sur le même écran puis sur la même courbe que ue et uc ; interpréter. -visualiser uc et u R dans les 2 cas limites : τ >> T et τ << T ; interpréter. II.Circuit RL série. 1.La bobine :Energie stockée, puis libérée (manip de cours ) Un moteur est ajouté dans la branche de la diode. Que se passe-t-il à la fermeture de l interrupteur? A l ouverture? Quel est le rôle de la diode?justifier son appellation de «diode roue -libre». 2. Circuit RL série :établissement d un courant et rupture. On réalise le montage. Visualiser ue =e (en voie 1) et ur (en voie 2). Flêcher ces tensions et indiquer les connexions à l oscilloscope sur le schéma. Le GBF délivre une tension créneaux de 0 à E=10V de fréquence f (période T ) et R une résistance variable ( boite à décades).la bobine est à noyau de fer plongeant ( permet de varier L) On prendra R = 3,00kΩ, L=1,00 H ; f =150 Hz Attention de ne pas sélectionner R=0 (-> générateur en c.c!) -Reproduire les courbes de ue et ur sur une période. -Mesurer le temps caractéristique τ (méthode des 63% ou de la tangente à l origine ) pour l établissement ou la rupture du courant i.comparer avec la valeur théorique : -Etudier l influence de L, puis de R, puis de f sur ur interne de la bobine? (sur τ ) ;faut-il tenir compte de la résistance -Afficher u L ; la reproduire sur le même écran puis sur la même courbe que ue et ur ; interpréter. -visualiser ul et u R dans les 2 cas limites : τ >> T et τ << T ; interpréter.
Corr I.2 On mesure τ ( 2 méthodes au choix mais celle consistant à trouver l abscisse de des 0,63.E ( à la charge ) ou 0,37.E ( à la décharge ) est plus précise). On compare avec R.C=2,00.10-4 s=0,200ms Influence de C de R de f τ proportionnel à C τ proportionnel à R τ inchangé Pour afficher la tension complémentaire de u e càd u R = upa,, il faut faire u R = u e - u C ( fonction «math» ou CH1-CH2).Sinon on peut permuter R et C dans le circuit ; il faut obligatoirement que les 2 tensions u e et u R aient un point commun : la masse. Biensûr, u R présente des pics, l intensité dans le circuit i= u R /R est donc discontinue, à la différence de la charge du condensateur q Cas où f <<1/RC (τ petit devant la période : le condensateur a le temps de se charger puis décharger complètement On augmente f : ce n est plus le cas On augmente encore f : le signal devient moins ample et devient triangulaire Si τ >> T Càd f>> 1/RC u C quasiment triangulaire Si τ << T Càd f<< 1/RC u C quasiment créneaux, identique à u e II.2
On observe pour u R =i/r, qui est donc proportionnelle à i, une suite de branches d exponentielles, correspondant à l établissement, la rupture,etc...du courant On mesure τ à l établissement du courant ou à la rupture. On compare avec L/R. Influence de L de R de f τ proportionnel à L τ diminue si R τ inchangé Pour afficher la tension complémentaire de u e càd u L,, il faut faire u R = u e - u L ( fonction «math» ou CH1-CH2). Sinon on peut permuter R et L dans le circuit ; il faut obligatoirement que les 2 tensions u e et u L aient un point commun : la masse. Biensûr, u L présente des pics, la tension aux bornes de la bobine u L =Ldi/dt est donc discontinue, à la différence de i On retrouve le même phénomène que au I. pour le circuit RC si on augmente f, puisqu alors le régime permanent n est jamais atteint car τ >> T Si τ >> T Càd f>> R/L u L quasiment triangulaire Si τ << T Càd f<< R/L u L quasiment quasiment créneaux, identique à u e