Classe de Terminale S Travaux Pratiques de physique n° 4

Classe de Terminale S
Travaux Pratiques de physique n° 4
Réponse du dipôle R,C à un échelon de tension
Page 1
Objectifs : Etudier la réponse d’un circuit R-C soumis à un échelon de tension
Etudier l’influence de R et C sur la réponse du circuit.
Mesurer temps caractéristique de charge d’un condensateur.
Toute cette partie sera réalisée par une acquisition informatisée et un traitement par le logiciel
Généris 5+
I Réponse d’un circuit soumis à un échelon de tension
1- Dispositif expérimental
1
•
•
Réaliser le montage suivant ( L’ampèremètre et le voltmètre sont
constitués des boîtiers de mesures ESAO).
Relier par un fil la borne com de l’ampéremètre à la borne com
de la console ESAO
Lors de la fermeture du circuit le dipôle R-C subit une brusque
variation de tension. On dit qu’il subit un échelon de tension.
•
Mettre l’interrupteur sur la position telle que le condensateur soit
déchargé.
P
K
2
C
V
N
A
R
com
R = 500 Ω
C = 1000 µF
2- Charge et décharge du condensateur
a- Mesures
•
•
•
Se connecter au réseau.
Dans le poste de travail, rechercher et ouvrir sur le disque C, le dossier « prog_loc » . Dans
l’atelier scientifique, lancer le logiciel Géneris 5+
Paramétrer l’acquisition telle que :
- En ordonnées : Le boîtier ampèremètre : grandeur : i
Le boîtier voltmètre : grandeur : uc
-
En abscisses : Le temps t : Durée d’acquisition : 10 s
Nbre de points 1000 pts
• Lancer alors l’acquisition en suivant la procédure suivante :
A t = 0 s cliquer sur lancer. A t = 1 s environ, basculer l’interrupteur en position 1, et à t = 6 s basculer
l’interrupteur sur la position 2.
• A la fin de l’acquisition afficher à l’écran dans deux fenêtres séparées, l’évolution de l’intensité i
du courant dans le circuit et l’évolution de la tension aux bornes du condensateur.
b- Exploitation
•
•
•
•
•
•
•
•
Comment évolue la tension aux bornes du condensateur au cours du temps lors de la
charge ?Déterminer la durée de la charge.
Quelle est la valeur maximale de cette tension ?
Mesurer à l’aide d’un voltmètre la tension aux bornes du générateur
Comparer les deux valeurs de tension et interpréter.
Comment évolue l’intensité du courant dans le circuit au cours du temps lors de la
charge ?
Que vaut cette intensité en régime permanent ?
Au cours de la décharge décrire l’évolution de la tension aux bornes du condensateur
et de l’intensité dans le circuit. Déterminer la durée de la décharge.
Comment expliquer brièvement cette évolution ?
Classe de Terminale S
Travaux Pratiques de physique n° 4
Réponse du dipôle R,C à un échelon de tension
Page 2
II Influence des paramètres du circuit sur le temps de charge du condensateur
On conserve le même montage.
On définit une grandeur τ appelée temps caractéristique de charge du condensateur.
τ le temps caractéristique de charge (ou constante de temps du circuit R-C) correspond au
temps nécessaire au condensateur pour accumuler 63 % de sa charge maximale autrement dit
c'est le temps nécessaire pour que la tension aux bornes du condensateur soit égale à 63 % de la
tension maximale à ses bornes. uc(τ) = 0,63.umax
1-
•
•
•
•
Influence de la valeur de la résistance
aMesures
• Fixer C = 1000 µF et R = 100
• Mettre l’interrupteur sur la position telle que le condensateur soit déchargé.
• Mettre un fil de connexion entre la borne 1 de l’interrupteur et la borne synchro de la centrale
d’acquisition. (ceci permettra de lancer l’acquisition automatiquement lorsqu’on basculera
l’interrupteur en 1)
• Paramétrer l’acquisition :
- en ordonnées : le boîtier voltmètre : grandeur : uc
- en abscisses : le temps
o durée d’acquisition : 1,5 s
o Nbre de points : 300 pts
o Synchronisation : cocher la case puis sélectionner la voie
synchro, fixer le seuil à 0,01 V dans le sens croissant.
Lancer l’acquisition puis basculer l’interrupteur afin de charger le condensateur.
Fixer alors R = 200 . Et décharger le condensateur
Puis lancer l’acquisition en cochant ajouter une nouvelle courbe (Ne pas remplacer la dernière
acquisition). Puis charger le condensateur.
Recommencer pour R = 300 . (Les trois courbes sont affichées dans la même fenêtre.)
bExploitation
• Dire qualitativement comment varie le temps de charge du condensateur en fonction de
la résistance.
2-
Influence de la capacité du condensateur
aMesures
• Fichier nouvelle expérience.
• Recommencer toutes les étapes de la partie précédente (durée d’acquisition 4 s et 600 pts )
avec R = 500
et C = 1000 µF puis C = 100 µF.
b- Exploitation
• Dire comment varie le temps caractéristique de charge du condensateur en fonction de
la capacité du condensateur.
3-
Mesure de temps caractéristiques
A partir des courbes obtenues précédemment calculer pour chacune le temps caractéristique de
charge du condensateur.
Remplir le tableau ci dessous :
Pour C = 1000 µF
R (ohms)
τ (s)
R .C (u.S.I)
Pour R = 500 Ω
C (µF)
τ (s)
R .C (u.S.I)
•
100
100
200
1000
300
2000
3000
Par une analyse dimensionnelle, montrer que le produit R.C est homogène à un temps.
D’après vos mesures, que peut-on conclure ?