LABORATOIRE 5 CAPACITÉ ÉLEVÉE

LABORATOIRE 5
CAPACITÉ ÉLEVÉE
BUTS
Étudier un circuit R-C en charge et en décharge.
Déterminer la constante de temps du circuit et la
capacité du condensateur.
MANIPULATIONS
A- Mesures préliminaires
À l aide de l ohmmètre numérique, mesurer les valeurs
des deux résistances fixées sur la planchette. Noter
également les valeurs de capacité des 2 condensateurs
utilisés.
B- Étude du courant lors de la charge du condensateur
1- Brancher la source (de courant continu, V ),
l interrupteur ouvert et l ampèremètre en série avec le
condensateur ayant la plus grande capacité et sa
résistance (utilisez pour la source les bornes identifiées
+/-, sans égard aux couleurs). Assurez-vous que le
courant circulera dans le sens indiqué par la flèche dans
le condensateur.
2- Ajouter un fil pour court-circuiter directement le
condensateur (en connectant un fil entre ses deux
bornes). Ceci déchargera le condensateur complètement
s il était déjà chargé.
3- Dans l ordre, allumer la source, fermer l interrupteur et
ajuster la source de façon à obtenir un courant d un
milliampère (lu sur l ampèremètre). Vous avez
maintenant un condensateur déchargé placé dans un
circuit qui donnera un courant initial (maximal) d un
milliampère.
Les prochaines manipulations doivent être faites dans un
délai relativement court, car dès le retrait du court-circuit, le
condensateur se charge de façon minime sous le seul effet
de sa borne connectée. Veuillez donc lire et comprendre tout
de suite le reste des manipulations (4 et 5) pour les appliquer
rapidement ensuite. L effet de cette charge nos désirée sera
alors tout à fait négligeable.
4- Ouvrir l interrupteur et retirer le court-circuit du
condensateur (retirer le court-circuit peut consister à ne
débrancher que l une des deux bornes du fil courtcircuit).
5- Refermer l interrupteur et déclencher le chronomètre au
même moment. Noter le courant à toutes les 10 s jusqu à
150 s ou jusqu à ce qu il devienne nul. Noter vos
résultats dans le tableau 1. (Remarque : l ampèremètre
ne parviendra pas à donner le courant instantanément au
moment du branchement (t = 0), mais vous savez que le
courant initial est maximal à 1 mA.)
C- Étude du courant
condensateur
lors
de
la
décharge
du
Appliquer rapidement les manipulations de la section C en les
consultant d avance :
1- Votre condensateur est maintenant chargé. Ouvrir
l interrupteur pour éviter qu il ne se décharge.
2- Retirer la source de votre circuit en branchant directement
ensemble des deux fils qui étaient branchés à la source
(aussi simple que débrancher seulement la borne positive
et connecter le fil directement sur celui de la borne
négative).
3- Fermer l interrupteur et déclencher le chronomètre en
même temps. Mesurer le courant à toutes les 10 s jusqu à
150 s ou jusqu à ce qu il devienne nul. Noter vos résultats
dans le tableau 1.
Remarques : Vous connaissez à nouveau le courant initial,
pour les mêmes raisons qu en B. Aussi, puisque le
condensateur se décharge, l ampèremètre devrait observer
un courant inversé. Notez simplement la valeur absolue du
courant.
D- Étude de la différence de potentiel lors de la charge du
condensateur
Démonter le circuit et refaire à neuf le circuit suivant :
1- Brancher la source, l interrupteur ouvert et l ampèremètre
en série avec le condensateur ayant la plus petite capacité
et sa résistance. Assurez-vous que le courant circulera dans
le sens indiqué par la flèche dans le condensateur.
2- Court-circuiter le condensateur pour vous assurer qu il soit
complètement déchargé.
3- Allumer la source, fermer l interrupteur et ajuster la source
de façon à obtenir un courant d un milliampère.
4- Le courant maximal étant ajusté, vous pouvez retirer
l ampèremètre du circuit (par exemple, brancher
directement le fil de la borne positive par-dessus celui de la
borne négative).
Consulter les étapes suivantes pour les appliquer rapidement :
5- Ouvrir l interrupteur, retirer le court-circuit du
condensateur et brancher un voltmètre de façon à mesurer
la différence de potentiel aux bornes du condensateur.
Vous avez maintenant un condensateur déchargé placé
dans un circuit qui donnera un courant initial d un
milliampère.
6- Fermer l interrupteur et déclencher le chronomètre au
même moment. Noter la différence de potentiel à toutes les
5 s jusqu à 60 s ou jusqu à ce qu elle devienne stable.
Noter vos résultats dans le tableau 2 (vous devriez
connaître le potentiel de l instant 0 par raisonnement).
E- Étude de la différence de potentiel lors de la décharge
du condensateur
Votre condensateur est maintenant chargé et vous connaissez
son potentiel maximal (égal à celui de la source).
1
Appliquer rapidement les manipulations de la section E.
1- Ouvrir l interrupteur pour éviter qu il ne se décharge et
retirer la source de votre circuit (déplacer une borne sur
l autre).
2- Refermer l interrupteur et déclencher le chronomètre au
même moment. Noter la différence de potentiel à toutes
les 5 s jusqu à 60 s ou jusqu à ce qu elle devienne nulle.
Noter vos résultats dans le tableau 2.
Remarque : le voltmètre ne pourra pas donner
instantanément le potentiel à t = 0, mais vous connaissez
logiquement le potentiel initial à noter.
RAPPORT
Page couverture
Tableaux reproduits/complétés
Graphiques (4);
Pour chacun des 4 cas : calcul de la constante de temps ,
de la capacité et de l écart expérimental sur la capacité;
Discussion/conclusion ( 1 page)
Date de remise :________________
Tableau 1 : Courants de charge et décharge d un
condensateur
ANALYSE
Mettez en graphique les séries de mesures obtenues.
Temps Courant de charge
s
mA
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
Pour le graphique de la différence de potentiel lors de la
charge du condensateur, vous ne pourrez pas faire tracer de
courbe de tendance pour le type de courbe obtenu, alors
exceptionnellement et uniquement pour ce graphique,
produisez un graphique de type nuage de points reliés par
une courbe lissée (avec marqueurs).
Pour les trois autres graphiques, vous devez choisir un
nuage de points avec une courbe de tendance de type
« exponentielle ». Puisque vous avez choisi une valeur de
courant maximal ou déduit un potentiel initial, forcez le
passage des courbes de tendance par le point approprié.
Remarques : Notez qu une courbe exponentielle ne peut
comporter de valeur nulle en y; n incluez donc pas dans les
données des graphiques les éventuels points ayant atteint
zéro (sauf pour Vcharge où Vt=0 = 0). Aussi, puisque les
dernières valeurs décroissent lentement et de façon moins
graduelle, la courbe de tendance sera altérée et son équation
faussée. N incluez pas non plus sur le graphique les valeurs
inférieures à 5 % de la valeur initiale.
À partir de chaque graphique, vous devez déterminer la
constante de temps de votre circuit et la capacité du
condensateur. Pour les graphiques qui ont une courbe de
tendance, vous devez utiliser l équation de cette courbe pour
déterminer la constante de temps. La valeur de la capacité
est incluse dans la valeur de l exposant dans l équation
(faites ajouter des décimales aux valeurs de l équation pour
plus de précision (au moins trois chiffres significatifs)).
Courant de décharge
mA
Tableau 2 : Potentiel lors de la charge et décharge d un
condensateur
Temps
s
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
Pour le graphique sans courbe de tendance, vous devez
calculer la constante de temps directement à partir d un
point du graphique en choisissant l un des points de la
courbe (prenez un point dans le secteur où la courbure est
forte). Remarque : les mesures prises sont celles du potentiel
et non de la charge, mais vous connaissez le lien entre ces
deux grandeurs donc vous pouvez déterminer l équation à
utiliser.
Finalement, pour les 4 cas, faites le calcul de l écart
expérimental avec les valeurs de capacité inscrites sur les
condensateurs utilisés.
2
Potentiel (charge)
V
Potentiel (décharge)
V