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Un condensateur est constitué de deux armatures conductrices en regard séparées par un isolant (air, papier, céramique) appelé diélectrique.

Symbole du condensateur :

Un condensateur accumule de l'énergie lorsqu'il se charge. Il en restitue quand il se décharge.

I. Observation de l'évolution de la tension aux bornes d'un condensateur lors de sa charge.

• Réaliser le montage suivant :

• Brancher un voltmètre aux bornes du générateur de tension continue.
• Brancher un voltmètre aux bornes du condensateur.
• Placer l'interrupteur en position (1) et noter l'évolution de la tension uc(t) aux bornes du condensateur au cours du temps. Compléter le tableau suivant :

• Tracer le graphe uc = f(t) sur le tableur Excel.
• Tracer la tangente à l'origine.
• Déterminer l'abscisse de l'intersection de cette tangente avec la droite d'équation uc = E.
• Comparer cette abscisse avec le produit RC.

Le produit t = RC est appelé constante de temps du dipôle RC. Il est homogène à une durée. Il s'exprime en seconde.

II. Etude de l'influence des paramètres R et C sur la constante de temps.

Attention : Décharger le condensateur avant de commencer ces nouvelles expériences.

• Proposer des expériences afin d'étudier l'influence des paramètres R et C sur la constante de temps.

Protocole expérimental n°1 :

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Tableau n°1 de relevé de mesures

Protocole expérimental n°2 :

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Tableau n°2 de relevé de mesures

• Conclure quant à l'influence des paramètres en déterminant t dans chaque cas.

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• Répondez expérimentalement à la question suivante : La valeur de la tension délivrée par le générateur influe-t-elle sur la valeur de la constante de temps ?

Protocole expérimental n°3 :

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Tableau n°3 de relevé de mesures

Montage RC	Chronométrage (détermination de la durée nécessaire afin d'atteindre une tension donnée)
Report des résultats expérimentaux	Interprétation des résultats
Détermination graphique de la constante de temps	Utilisation d'un tableur pour tracer les courbes
Courbes obtenues pour différentes valeurs de R et de C.	Le condensateur polarisé de 1000 mF
Le condensateur polarisé de 4000 mF	Le condensateur polarisé de 2200 mF

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Ce TP comporte deux parties :

I. Etude à l'oscilloscope d'un circuit RL soumis à un échelon de tension (50 min).
II. Détermination de l'inductance d'une bobine dans un circuit RL (50 min).

I. Etude à l'oscilloscope d'un circuit RL soumis à un échelon de tension.

On réalise un circuit série comportant :

• une bobine L, r, d'inductance L = 0,1 H (indication constructeur) et de résistance r à mesurer au ohmètre.
  r = ………. Ohm
• une résistance R = 500 Ohm
• un interrupteur

alimentés par un GBF délivrant une tension en créneaux de 5 V et de fréquence f = 2 000 Hz.

1. Réaliser le montage.

2. Représenter sur le schéma du montage les branchements de l'oscilloscope afin de visualiser la tension uR aux bornes de la résistance.

i. Effectuer les branchements sur la voie 1 de l'oscilloscope.
ii. Mettre en marche l'oscilloscope.
iii. Placer la ligne du spot dans le bas de l'écran à l'aide du bouton Y position 1.
iv. Mettre l'interrupteur en position fermé.
v. Représenter l'oscillogramme obtenu de la tension uR en indiquant le calibre utilisé, ainsi que la valeur du balayage.
vi. Quelle autre grandeur visualise-t-on dans ce cas ? Justifier votre réponse.

3. On veut déterminer la constante de temps de ce circuit RL par deux méthodes :

i. En déterminant le point d'intersection de la tangente à l'origine et la droite d'équation uR = umax
ii. En sachant que la constante de temps correspond à 63% de la valeur maximale de la tension uR (ou de l'intensité i)

4. En déduire la valeur réelle de l'inductance L en utilisant la relation entre L et t.

5. Déterminer l'incertitude relative sur cette valeur.

II. Détermination de l'inductance d'une bobine dans un circuit RL . Durée : 50 min.

Afin que cette expérience fonctionne correctement, il faut que le GBF ne soit pas relié à la terre.
Pour cela, vérifier que le GBF est isolé.

Réaliser le montage comportant les composants suivants branchés en série:

• une bobine L, r, d'inductance L inconnue et de résistance r négligeable.
  (bobine sans son noyau de fer)
• Lire sur la bobine la valeur de la résistance de la bobine et vérifier cette valeur à l'ohmmètre
  (l'interrupteur est en position ouvert). r = …….. Ohm
• une résistance R = 2000 Ohm

• un générateur de tension alternative triangulaire délivrant une tension de 2 V.
  (Ucrête à crête = 4V), de fréquence f = 400 Hz.
  · On veut mesurer la tension uAM et la tension uBM.
  · Représenter sur le schéma du montage les branchements de l'oscilloscope.
  · Quelle est de ces tensions celle qui permet de visualiser i ? Justifier.

Il s'agit de la tension ………

Régler la sensibilité de la voie A et de la voie B, et celle du balayage afin d'obtenir sur
l'écran des oscillogrammes lisibles.

Sensibilité voie A :………………… V.div-1

Sensibilité voie B :………………… V.div-1

Balayage : ………………………….ms.div-1

Représenter l'oscillogramme obtenu sur la feuille annexe.

Faire la mesure de uBM uBM = …………. V

Déterminer la valeur de = ……………. A/s

Calcul de la valeur de L.

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valeur de l'inductance L = ………. H

Vérifier que cette valeur correspond à une des valeurs indiquées sur la bobine.
(lire les indications sur la bobine) ?

Montage RL Résistance, interrupteur, bobine et GBF (échelon de tension)	Mesure de la résistance de la bobine avec un ohmètre (le circuit RL est ouvert lors de la mesure)
Montage avec voltmètre (GBF) et oscilloscope (Résistance)	Oscillogramme montrant le retard à l'établissement du courant et à sa coupure.
Oscillogramme obtenu sur l'oscilloscope numérique	Détermination graphique de la constante de temps
Explication au tableau	Détail du GBF
Oscilloscope numérique	Oscilloscope analogique

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Montage avec une bobine de faible résistance sans noyau de fer doux.	Oscillogramme montrant en bas la tension aux brones de la bobine et en haut aux bornes de la résistance.
Retranscription de l'oscillogramme sur une feuille	Dessin des oscillogrammes obtenus.
Base de temps utilisée (0,5 ms/div)	Calibres utilisés voie A : 2 V/div et voie B : 0,2 V /div
Indication de la valeur minimale de l'inductance de la bobine (0,13 H)	Détails du GBF

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• Effectuer le montage suivant :

• Représenter sur le schéma ci-dessus les branchements de l'oscilloscope afin de visualiser la tension uc aux bornes du condensateur.
• Effectuer le branchement de l'oscilloscope.
• Faire le dessin de l'oscillogramme obtenu.
  

Questions :

1. Quel est le régime d'oscillation observé dans ce cas ?

2. L'oscillation est-elle libre, amortie, entretenue ? (entourer les bonnes réponses)

3. Déterminer la pseudo-période de cette oscillation. Indiquer votre méthode.

4. Influence de la valeur de L et de C sur la pseudo-période :

• Prendre une valeur de L plus faible. (attention à compenser la valeur totale de la résistance du circuit). Quelle est la nouvelle valeur de la pseudo-période ? Conclusion.
• Prendre une valeur de C plus élevée. Quelle est la nouvelle valeur de la pseudo-période ? Conclusion.

5. Quelle grandeur faut-il faire varier afin d'augmenter l'amortissement ? Proposer une expérience afin de valider votre hypothèses.

6. Pour quelle valeur de R + r obtient-on un régime apériodique dans cette expérience ?

Circuit RLC	Oscilloscope numérique et GBF (échelon de tension)
Boite de condensateurs de valeurs faibles	Boite à décades de bobines
Boite de bobines	Boite à décades de résistances
Oscillogramme d'un régime pseudo-périodique (base de temps : 500 ms / div)	Dessin d'un oscillogramme d'un régime pseudo-périodique (base de temps : 1 ms / div)