TP Physique N° 06 bis, Le circuit RC, énoncé, terminale S, tstp06ph01

TP Physique N° 06 bis 

Le circuit (R, C).

Enoncé.

Correction  

   

 

 


Programme 2012 : Physique et Chimie

Programme 2020 : Physique et Chimie

 

But :

étudier la tension et l’intensité lors de la charge d’un condensateur à l’aide d’une carte d’acquisition reliée à un ordinateur.

 

Matériel : condensateur 1000 μF, conducteur ohmique 1000 Ω,

interrupteur inverseur, plaque de connexions, générateur de tension,

générateur de courant, multimètre, fils, carte candibus, ordinateur, logiciel CONDO.

 

I- Charge d’un condensateur par un courant d’intensité constante.

 

1)- But :

Étudier l’évolution en fonction du temps de la tension uAB à ses bornes lors de la charge à intensité constanteI0.

Déterminer la valeur de la capacité C d’un condensateur.

2)- Montage :

-  Manipulationréaliser le montage suivant : le faire vérifier. 

Attention, on utilise un condensateur électrochimique.

Il est polarisé. 

Il faut respecter les polarités.

 

 

-  Le générateur de courant est constitué de la boîte blanche reliée au générateur de tension.

-  L’association délivre une intensité constante I0.

 

ManipulationRéglages : régler la tension aux bornes du générateur de tension U ≈ 5,00 V.

-  Décharger le condensateur en reliant les bornes A et B par un fil, l’interrupteur K étant en position 0.

 

3)- Le Logiciel CONDO .

-  Dans le Fichier Physique, Lancer le Logiciel CONDO  puis appuyer sur une touche.

 

a)- Sélectionner : CONNEXION :

 

-  Relier le point D à la voie 1 (borne verte), le point B à la voie 2 (borne rouge) et le point A à la masse (borne noire) de la carte CANDIBUS

 

b)-     Sélectionner : (2) Paramètres : 

I c = 5 mA

R i = 1000 Ω

t = 30 s

U = 5 V

 

c)- Sélectionner : (3)  Acquisitions : choisir  : U = f (t) c’est-à-dire : uAB = f(t).

-  Appuyer sur la lettre L de lancer et fermer l’interrupteur.

-  Lorsque l’acquisition est terminée, appuyer sur la lettre M pour revenir au menu précédent

 

4)- Exploitation : étude des différentes courbes :  sélectionner (4)

 

a)-     Étude de uAB = f (t) : sélectionner :

-  Commenter la courbe obtenue. Donner ses caractéristiques. Donner la valeur de la tension U aux bornes du condensateur lorsqu’il est chargé. 

-  (on peut utiliser l’outil : POINTEUR)

 

b)-     Étude de qA = g (t) : sélectionner : (2)

-  Commenter la courbe obtenue.

-  Donner ses caractéristiques. 

-  En déduire une relation simple entre qA et t.  

-  (on peut utiliser l’outil : courbe de régression et choisir le modèle adapté).

-  Que représente le rapport : .

-  Donner la valeur de la charge Q aux bornes du condensateur lorsqu’il est chargé. (on peut utiliser l’outil : POINTEUR) 

-  Que se passe-t-il lorsque le condensateur est chargé ?

 

c)-     Étude de qA = h (uAB) : sélectionner : (3)

-  Commenter la courbe obtenue. Donner ses caractéristiques. 

-  Quelle conclusion peut-on tirer ?  En déduire une relation simple entre qA et uAB. 

-  (on peut utiliser l’outil : courbe de régression et choisir le modèle adapté).

-  Le coefficient trouvé représente la capacité C du condensateur, exprimée en farad (F). 

-  Comparer la valeur trouvée à celle donnée par le constructeur.

 

d)-     Étude de i = h(t) : sélectionner : (4)

-  Commenter la courbe obtenue.

-  Donner ses caractéristiques.

-  En déduire la valeur de I0.

-  Comparer cette valeur à  trouvée au b)-.

 

II- Charge d’un condensateur par un échelon de tension.

 

1)- But :

Étudier l’évolution en fonction du temps de la charge qA du condensateur et celle de la tension uAB à ses bornes lors de la charge à tension constante.

2)- Échelon de tension

-  Un échelon de tension E est le passage instantané d'une tension de valeur nulle à une tension de valeur constante E.

-  Représentation :

3)- Montage :

Manipulation réaliser le montage suivant : le montage est le même que le précédent.

 

Il suffit de remplacer le générateur de courant par le générateur de tension. 

Attention aux polarités.

 

 

ManipulationRéglages : régler la tension aux bornes du générateur de tension : U = E  ≈  4,00 V.

-  Décharger le condensateur en reliant les bornes A et B par un fil, l’interrupteur K étant en position 0.

 

4)- Le Logiciel CONDO.

a)-     Sélectionner : CONNEXION :

-  Relier le point D à la voie 1 (borne verte), le point B à la voie 2 (borne rouge) et le point A à la masse (borne noire) de la carte CANDIBUS.

b)-     Sélectionner : (2) Paramètres :

 

I c = 5 mA

R i = 1000 Ω

t = 20 s

U = 5 V

 

c)-     Sélectionner : (3)  Acquisitions : choisir  : U = f(t) c’est-à-dire : u AB = f(t).

-  Cliquer sur la lettre L de lancer et fermer l’interrupteur.

-  Lorsque l’acquisition est terminée, appuyer sur la lettre M pour revenir au menu précédent.

 

5)- Exploitation : étude des différentes courbes :  sélectionner (4)

 

a)- Étude de q A = h (uAB) : sélectionner : (3)

-  Commenter la courbe obtenue. Donner ses caractéristiques. 

-  Quelle conclusion peut-on tirer ?  En déduire une relation simple entre qA et uAB. 

-  (on peut utiliser l’outil : courbe de régression et choisir le modèle adapté).

-  Le coefficient trouvé représente la capacité C du condensateur exprimée en farad (F). 

-  Comparer la valeur trouvée à celle donnée par le constructeur.

 

b)-     Étude de u AB = f(t) : sélectionner :

-  Commenter la courbe obtenue. Donner ses caractéristiques. 

-  Donner la valeur de la tension U aux bornes du condensateur lorsqu’il est chargé. 

-  (on peut utiliser l’outil : POINTEUR )

-  Déterminer la durée nécessaire τ1 pour que : .

-  Sur la courbe, tracer la tangente au point d’abscisse 0 et l’asymptote horizontale. 

-  Déterminer l’abscisse τ 2  de leur point d’intersection.

-  Comparer τ1 et τ2 au produit R.C.

 

c)-     Étude de q AB = g(t) : sélectionner : ‚

-  Commenter la courbe obtenue. Donner ses caractéristiques. 

-  Donner la valeur de la charge Q aux bornes du condensateur lorsqu’il est chargé. 

-  (on peut utiliser l’outil : POINTEUR)

 

d)-     Étude de i = h(t) : sélectionner : „

-  Commenter la courbe obtenue. Donner ses caractéristiques. 

-  Déterminer la valeur maximale Imax de l’intensité.

 

III- Charge et décharge d’un condensateur : si le temps le permet.

 

1)- Montage : c’est le même.

 

2)- Le Logiciel CONDO. Les connexions et les paramètres ne changent pas.

 

a)- Sélectionner : (3)  Acquisitions : choisir  : U = f(t) c’est-à-dire : u AB = f (t).

-  Appuyer sur la lettre L de lancer et fermer l’interrupteur .

-  Lorsque le condensateur est chargé, basculer rapidement l’interrupteur pour le décharger.

-  Lorsque l’acquisition est terminée, appuyer sur la lettre M pour revenir au menu précédent.

 

b)- Étude de u AB = f (t) : sélectionner :

-  Commenter la courbe obtenue. Donner ses caractéristiques lors de la charge et lors de la décharge

 

c)- Étude de i = h (t) : sélectionner : (4)

-  Commenter les courbes obtenues. Donner ses caractéristiques. 

-          Déterminer la valeur maximale I max de l’intensité pour chaque cas. Conclusion.

 

IV- Les différentes courbes.

 

1)- Charge à courant constant.

 

 

2)- Charge à tension constante.