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TP Physique. N° 07 |
Circuit ( R, C). Correction. |
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Programme 2012 : Physique et Chimie Programme 2020 : Physique et Chimie |
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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. |
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Fichiers de mesures : |
I- Charge d’un condensateur par un échelon de tension.
1)- But :
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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 :
réaliser
le montage suivant : Attention
aux polarités.
- Prendre un conducteur
ohmique de résistance R
= 1,0 kΩ
et un condensateur de capacité C
= 1000 μF
- Vérifier la valeur de
la résistance R
à l’ohmmètre.
Réglages : 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 CASSY Lab.
a)- Ouverture du logiciel et paramétrages :
- Dans le menu démarrer, cliquer sur l’icône CASSY Lab.
- Dans la fenêtre paramétrages, cliquer sur la partie correspondant à INPUT A, pour l’activer.
-
Cliquer sur
paramètres de mesure, et entrer les valeurs suivantes :
- Fermer toutes les fenêtres.
b)- Acquisitions :
-
Cliquer sur l’icône chronomètre de la barre des
tâches et fermer l’interrupteur.
5)- Exploitation des mesures.
a)- Changement des échelles
pour une meilleure exploitation du graphe.
- 
Clic droit sur l’axe
des ordonnées, et entrer les valeurs suivantes, puis fermer.
b)- Étude de uAB = f (t) :
- Commenter la courbe obtenue. Donner ses caractéristiques.
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- La tension
uAB
aux bornes du condensateur est une fonction croissante du temps. - Il existe un régime transitoire (0 s
≤ t
≤ 5 s), le condensateur se charge. - Il existe un régime permanent (t
≥ 5 s), le condensateur est chargé. |
- Donner la valeur de la
tension U
aux bornes du condensateur lorsqu’il est chargé.
- Faire un clic droit
sur
le graphe, sélectionner : Placer une marque et
Ligne
horizontale.
- Pour afficher les
coordonnées, faire un clic droit
sur le graphique, puis sélectionner Afficher
les coordonnées.
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- Lorsque le condensateur est chargé, la tension prend une valeur U. - Pour déterminer la valeur de U, on trace l’asymptote horizontale et on relève la valeur de l’ordonnée.
- Remarque : pour plus de précision, on peut faire un zoom sur le graphe ou un changement d’échelle.
- La valeur donnée est en accord avec celle obtenue avec le changement d’échelle. |
- Déterminer la durée nécessaire τ1 pour que : uAB = 0,63 U.
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- Valeur de la tension
uAB
pour la durée τ1 : - uAB
= 0,63 U. - uAB
= 0,63
×
3.90 - uAB
≈
2,46 V - On trace une ligne horizontale qui a pour ordonnée 2,46 V. - On détermine la valeur de l’abscisse du point d’intersection de cette horizontale avec la courbe uAB = f (t). - On peut tracer une verticale qui passe par le point d’intersection entre la courbe et l’horizontale.
-
On trouve
τ1 ≈
0,94 s.
- Ici, on peut faire un zoom ou changer d’échelle pour
améliorer la résolution. |
- Sur la courbe, tracer la tangente au point d’abscisse 0.
-
Déterminer l’abscisse
τ2
de son point d’intersection avec l’asymptote horizontale.
- Pour ce faire, clic
droit sur le graphe, sélectionner ZOOM et agrandir le début du
graphe.
- Clic droit
sur le
graphe, sélectionner fonction de modélisation, puis droite de régression.
- Faire un clic gauche
à l’origine de la courbe, déplacer la souris sur la courbe afin de faire apparaître
un petit segment bleu.
- Puis faire un clic
gauche
.
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- Remarque : - Il est préférable de tracer la droite de régression plutôt que la tangente à l’origine car la courbe ne part pas de zéro. -
On a choisi un niveau de déclenchement 0,02 V. |
- Comparer
τ1
et
τ2
au produit
R.C.
Conclure.
- Vous pouvez sauvegarder
le fichier de mesures pour une étude ultérieure.
- Supprimer les mesures et les exploitations.
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- Récapitulatif : - τ
1 ≈
0,94 s et τ
2 ≈
0,99 s - Valeur du produit RC :
-
τ =
RC
= 1,0
× 103
× 1000
× 10– 6
- τ=
RC
≈ 1,0 s - Les trois valeurs sont du même ordre de grandeur. - La valeur de la capacité C du condensateur est donnée à 5 % près, -
de même que celle de la résistance
R
(que l’on peut mesurer à l’aide d’un Ohmmètre). - La valeur de τ1 est un peu faible ceci vient du niveau de déclenchement . - La courbe est un peu décalée vers la gauche, il y a un décalage dans le temps que l’on peut calculer -
(il faut connaître la courbe théorique). - Conclusion :
τ1 ≈ τ2 ≈
1,0 s - Précision :
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II- Décharge d’un condensateur.
1)-
Montage : On utilise le même que précédemment.
- Réglages : régler la tension aux bornes du générateur de
tension : U = E ≈
4,00 V.
2)-
Mesures.
- Dans un premier temps,
on charge le condensateur et on change le paramétrage des mesures :
- Cliquer sur l’icône
de la boite à outils, puis sur Paramètres de mesure.
3)- Acquisitions :
- Cliquer sur l’icône chronomètre de la barre des tâches et basculer l’interrupteur.
4)-
Exploitation des mesures.
- Étude de uAB = f (t) :
- Commenter la courbe obtenue. Donner ses caractéristiques.
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- La tension
u
AB
aux bornes du condensateur est une fonction décroissante du temps. - Il existe un régime transitoire (0 s
≤ t
≤ 5 s), le condensateur se décharge. - Il existe un régime permanent (t
≥ 5 s), le condensateur est déchargé. |
- Donner la valeur de la tension U0 aux bornes du condensateur au temps t = 0 s.
- Déterminer la durée nécessaire τ1 pour que : uAB = 0,37 U0.
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- Valeur de la tension uAB pour la durée τ1 : - uAB
= 0,37
U0. - uAB = 0,37 × 3,80 - uAB ≈ 1,41 V
- Remarque : - La valeur de τ 1 est un peu faible. -
Si on fait le calcul avec uAB
= 0,368
U0. - u AB = 0,368 × 3,80 - u AB ≈ 1,40 V
- τ1 ≈
0,96 s |
- Sur la courbe, tracer la tangente au point d’abscisse 0.
- Déterminer l’abscisse τ2 de son point d’intersection avec l’axe des abscisses.
- Comparer τ1 et τ2 au produit R.C. Conclure.
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- Conclusion :
τ1 ≈
τ2 ≈
1,0 s - Récapitulatif : - τ1 ≈
0,95 s ou
τ1 ≈
0,96 s et
τ2 ≈
1,0 s - Valeur du produit RC : - τ = RC = 1,0 × 103 × 1000 × 10– 6 - τ = RC ≈ 1,0 s - Les trois valeurs sont du même ordre de grandeur. - La valeur de la capacité C du condensateur est donnée à 5 % près, - de même que celle de la résistance R (que l’on peut mesurer à l’aide d’un Ohmmètre). - Précision : -
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III- Étude complémentaire. (Si le temps le permet).
- À l’aide de CASSY
Lab
- Clic droit sur le
graphe, sélectionner fonction de modélisation, choisir fonction
exponentielle.
- Faire un clic gauche sur la courbe et la sélectionner en déplaçant la souris.
-
Puis faire un clic
gauche.
- Comparer lors de la décharge du condensateur la courbe expérimentale
à la courbe théorique d’équation :
- 
.
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-
- La courbe théorique est bien en accord avec les résultats de l’expérience. - Remarque : on peut faire un zoom sur les deux courbes.
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