TP Physique N° 08C, Etablissement du courant dans une bobine, correction, terminale S, tstp08phc

TP Physique N° 08

Établissement du

courant dans une bobine.

Correction.

Programme 2012 : Physique et Chimie

Programme 2020 : Physique et Chimie

Matériel :

Bobine ; Générateur de tension ;

Conducteur ohmique R' = 18 Ω ;

Carte CASSY- lab ; Multimètre.

I- But

- Mettre en évidence le retard à l'établissement du courant dû à une bobine dans un circuit.

- Détermination de la valeur de l'inductance propre d'une bobine par différentes méthodes.

II- Établissement du courant dans un circuit.

1)- Montage :

- Réaliser le montage et le faire vérifier. (Mesurer au préalable la valeur des résistances R’ et r)

2)- 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 taches et fermer l’interrupteur.

c)- Changement des échelles pour une meilleure exploitation du graphe.

- Clic droit sur l’axe des ordonnées, et entrer les valeurs suivantes, puis fermer.

Après réglages :

3)- Rappels et compléments.

a)- Loi d'Ohm aux bornes d'un conducteur ohmique : R représente la résistance du conducteur ohmique.

u _AB = R.I

b)- Loi d'Ohm aux bornes d'une bobine : L représente l'inductance propre de la bobine et r la résistance de la bobine.

L’unité d’inductance L est le henry,

symbole H.

III- Exploitation et mesures.

1)- Étude quantitative de la courbe : u_BM = g (t).

a)- Visualisation de u_BM= g (t) :

- On utilise l'ordinateur pour enregistrer le phénomène transitoire qui est très bref.

- Que représente la courbe obtenue ?

- Expliquer qualitativement cette courbe.

- Montrer qu'il existe deux phases.

- Donner les limites de chaque phase.

- Qualifier chacune des phases.

- Quelle est la durée Δt de la première phase ?

- La courbe obtenue représente les variations de la tension u_BM aux bornes du conducteur ohmique de résistance R’ en fonction du temps t.

- Au cours du temps, la tension u_BM augmente, il en va de même pour le courant d'intensité i.

- Le courant met un certain temps pour s'établir dans le circuit.

- Il existe

- un régime transitoire : établissement du courant

- un régime permanent : lorsque le courant est établi.

- durée de la première phase : Δt ≈ 7,0 ms (environ).

b)- Déduire de la courbe la valeur maximale de la tension U ₀ aux bornes du conducteur ohmique lorsque le régime permanent est atteint.

- 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.

- Valeur de U₀ : U₀ ≈ 3,35 V

c)- Déterminer la valeur de la tension U_0L aux bornes de la bobine lorsque le régime permanent est atteint.

{	u_AM = E ≈ 5,00 V

	u_AM = u_AB + u_BM

{	u_AM = E ≈ 5,00 V

	u_AM = u_L + u_R'

{
	E = u_L + u _R'

- Lorsque le courant est établi :

- u_BM = U₀ = 3,35 V et u_AB = U_0L.

- U_0L = E – U₀

- U_0L = 5,00 – 3,35

- U_0L ≈ 1,65 V

2)- Étude de la courbe : i_exp= h (t).

- Calcul de la valeur de l’intensité au cours du temps.

- Cliquer sur la boîte à outils, sélectionner Paramètre/Formule/FFT, puis Nouvelle grandeur.

a)- Déterminer la valeur du courant I₀ dans le circuit lorsque le régime permanent est atteint.

b)- Donner la durée Δt₁ au bout de laquelle . Que représente Δt₁ ?

- Δt₁ ≈ 1,7 ms

- Cette durée représente la constante de temps t du circuit R,L.

c)- Sur la courbe, tracer la tangente au point d’abscisse 0.

Déterminer l’abscisse Δt₂ de son point d’intersection avec l’asymptote horizontale.

- Δt₂ ≈ 1,8 ms

d)- Comparer Δt₁ et Δt₂ au rapport .

- Δt₁ ≈ 1,7 ms

- Δt₂ ≈ 1,8 ms

e)- Donner l'expression littérale de la loi d'Ohm aux bornes de la bobine et

aux bornes du conducteur ohmique.

- Loi d’Ohm aux bornes du conducteur ohmique : u_BM = R.I

- Loi d’Ohm aux bornes de la bobine :

f)- Que peut-on dire de la valeur lorsque le régime permanent est atteint ?

En déduire la valeur de la résistance totale R du circuit.

Comparer R et r + R'. Conclusion.

- Lorsque le régime permanent est atteint, i = I₀ =C^te

- La valeur de

- En utilisant les valeurs mesurées à l’ohmmètre :

- r = 8,6 Ω et R’ = 18,0 Ω

- R’ + r ≈ 26,6 Ω ≈ 26,9 Ω

g)- Sachant que la constante de temps du circuit (R, L) : et que d'autre part τ = Δt₁:

Voir la question : (III-2)-d), calculer la valeur de l'inductance propre L de la bobine.

- Valeur de l’inductance propre de la bobine :

- A partir de τ = Δt₁ ≈ 1,7 ms :

- L = τ . R

- L ≈ 1,7 × 26,6

- L₁ ≈ 45 mH

- A partir de τ = Δt₂ ≈ 1,8 ms :

- L = τ. R

- L ≈ 1,8 × 26,6

- L₂ ≈ 48 mH

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

- Le constructeur annonce L = 46 mH

- Le résultat est en accord avec la valeur donnée par le constructeur.

- La différence est due essentiellement au fait que la courbe ne part pas de zéro.

- Il a fallu mettre un niveau de déclenchement.

- Pour affiner, il faudrait décaler la courbe expérimentale pour quelle démarre à zéro.

- Ceci peut être fait en créant une nouvelle grandeur.