travaux pratiques en physique le condensateur

TRAVAUX PRATIQUES EN PHYSIQUE
LE CONDENSATEUR
Objectifs
•
L’objectif de cette séance de travaux pratiques est de comprendre fonctionnement et
propriétés du condensateur plan.
Un peu de théorie…
armatures
Le condensateur
Un condensateur est constitué de deux lames conductrices
parallèles séparées par un isolant
Manipulations :
isolant
a) Charge et décharge d’un condensateur – étude qualitative
Réalisez le montage suivant :
1
2
RC
V
RD
A
travaux pratiques en physique ; le condensateur
LCD-Physique, avril/mai 2010
page 1
•
•
•
Choisir une tension d’environ 20 V
Placez ensuite l’interrupteur en position 1.
Observation :
•
•
Placez l’interrupteur en position 2.
Observation :
•
Interprétation :
b) Capacité et géométrie
Manipulations :
•
•
•
•
•
•
on mesure la capacité C directement à l’aide d’un multimètre.
montrer que C = f(S).
montrer que C = f(d).
montrer que C dépend de la nature de l’isolant.
en déduire une relation entre C, S et d.
déterminer la permittivité ! du vide
travaux pratiques en physique ; le condensateur
LCD-Physique, avril/mai 2010
page 2
S
d en mm
C en pF
1
2
S = 800 cm 2
3
4
6
1
2
S = 400 cm 2
3
4
6
influence de la nature de l’isolant :
d = _________________
S = _________________
isolant
travaux pratiques en physique ; le condensateur
LCD-Physique, avril/mai 2010
C en F
page 3
c) Décharge d’un condensateur – étude quantitative
On réalise le circuit suivant :
1
2
RD
Voltmètre
PASCO
Lorsque l’interrupteur est placé en position 1, le condensateur se charge. En position 2, le
condensateur se décharge à travers la résistance RD.
Manipulations :
•
•
•
•
•
Brancher le voltmètre en parallèle sur le condensateur.
Charger le condensateur en appliquant une tension d’environ 12 V.
Placer l’interrupteur en position 2, et déclencher l’acquisition des données sur ordinateur
lorsque la tension est inférieure à 10 V (attendre 1 ou 2 secondes).
Comparer la courbe obtenue à la prévision théorique.
Déterminer la capacité C du condensateur (on mesure R, qui est la résistance totale du
circuit, donc la résistance de décharge avec la résistance du voltmètre en parallèle).
travaux pratiques en physique ; le condensateur
LCD-Physique, avril/mai 2010
page 4
d) Le condensateur en alternatif (s’il reste du temps…)
Une fois chargée, le condensateur ne laisse passer aucun courant continu. Pourtant en régime
alternatif (tension sinusoïdale de fréquence f ), on constate qu’un courant I circule, et que le
condensateur obéit à une loi d’Ohm :
U =Z !I
où Z est appelé impédance. Pour un condensateur seul, on a
Z=
1
C 2!f
Manipulations :
•
•
•
Reliez le condensateur au générateur basse fréquence.
Pour plusieurs fréquences, mesurer U et I et remplir le tableau.
Calculer la capacité C du condensateur.
fréquence
U en V
I en A
U
en !
I
C en F
f = 150 Hz
f = 300 Hz
travaux pratiques en physique ; le condensateur
LCD-Physique, avril/mai 2010
page 5