Ii duree de charge d’un condensateur








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03.12.02

TP de physique n°3 ( TS ) : Etude de la charge d’un condensateur - Constante de temps d’un dipôle ( R , C )
Objectifs :

- Mettre en évidence l’influence du produit RC sur la durée de la charge du

condensateur.

  • Déterminer expérimentalement une constante de temps et la confronter à sa valeur théorique.

  • Visualiser Uc = f(t) et i = g(t) lors de la charge d’un condensateur.


Matériels :

  • Un générateur de tension variable, 0 - 30 V ( e )

  • Décade de résistances , x 10 k(e )

  • Boîtier de condensateurs ( 0,1 F à 0,47 F ) (e)

  • Deux adaptateurs voltmètres, console ESAO 4, ordinateur avec carte d’acquisition (e) et logiciel « GENERIS 

  • Un interrupteur à deux positions (e )

  • Fils de connexion (e )


I ) MONTAGE



a ) Réaliser le montage schématisé ci-dessous :

b) Représenter sur le schéma les tensions uA B, uBC et uAC.

c) Connecter les adaptateurs voltmètres de façon à pouvoir observer les variations des tensions uAB et uAC.

d) Appeler le professeur pour qu’il vérifie le montage.

II ) DUREE DE CHARGE D’UN CONDENSATEUR



II-1) Calibrages et paramètres d’acquisition




Calibrages

Paramètres d’acquisition

Lancement

1 ) Tests et calibrages
a) Placer K en position 2. Eteindre le générateur

b) Dans le menu « Acquisition » cliquer sur « Tests et calibrages ». On peut aussi utiliser l’icône correspondant

( voir page précédente ).

c) Sélectionner le voltmètre TRMS /

d) Sélectionner le calibre 15 V ( ou 25 V ) et valeur instantanée. Cliquer sur « Réglage du zéro » ( la valeur 0,00 ou une valeur très proche doit alors s’afficher dans le cadre intitulé Lecture ).

e) Sélectionner le voltmètre TRMS // et recommencer les opérations du d)

f) Cliquer sur « OK ». Les adaptateurs voltmètres sont calibrés.
2 ) Paramètres d’acquisitions
a) Dans le menu «Acquisition » cliquer sur «  Paramètres ». On peut aussi utiliser l’icône correspondant ( voir page précédente )

b) Sélectionner :

  • voies en ordonnée : voltmètre TRMS / ( UAB )

voltmètre TRMS // (UAC )

  • Mode d’acquisition : f(t)

  • Durée d’acquisition : 150 ms

  • nombre de points : 5000

  • synchronisation

c) Cliquer sur « synchro ». Une fenêtre intitulée Synchronisation s’ouvre. Dans cette fenêtre sélectionner :


  • voie : voltmètre TRMS//

  • niveau 0.2

  • synchronisation

  • croissant

L’acquisition ne débutera que lorsque la tension uAC atteindra la valeur 0,2 V en croissant.

d) Cliquer sur « OK » dans la fenêtre Synchronisation.

e) Cliquer sur « OK » dans la fenêtre Paramètres et acquisition

II-2) Influence des différents paramètres sur la durée de la charge du condensateur
a )Réaliser différentes acquisitions ( voir mode opératoire ci-après ) en utilisant les valeurs suivantes

de E, R et C.





E (V)

R ( k )

C ( F )

RC ( S.I )

Acquisition n°1

6

60

0,22




Acquisition n°2

6

40

0,47




Acquisition n°3

6

60

0,47




Acquisition n°4

4

60

0,47






Mode opératoire



a ) Interrupteur K en position 2. Allumer le générateur
Acquisition n°1
b ) Régler les valeurs de E, R et C pour effectuer l’acquisition n°1.

c ) Dans le menu « acquisition » cliquer sur « lancement ». On peut aussi utiliser l’icône correspondant ( voir page 1 )

d ) Dans la fenêtre qui apparaît à l’écran cliquer sur « Acquisition »

e ) Basculer l’interrupteur en position 1 pour charger le condensateur. Les courbes uAB = f ( t ) et uAC = f ‘ ( t ) s’affichent à l’écran.
Acquisition n°2
f) Basculer l’interrupteur en position 2 pour décharger le condensateur.

g ) Régler les valeurs de E, R et C pour effectuer l’acquisition n°2.

h ) Dans le menu « acquisition » cliquer sur « lancement ». On peut aussi utiliser l’icône correspondant ( voir page 1 )

i ) Dans la fenêtre qui apparaît cliquer sur «  ajouter une nouvelle courbe » puis sur « acquisition ».

j ) Basculer l’interrupteur en position 1 pour charger le condensateur. Sur l’écran l’acquisition n°2 « s’ajoute » à l’acquisition n°1.
Acquisitions n°3 et n°4

j ) Procéder comme pour l’acquisition n°2

k) Pour ajuster l’échelle de représentation ; dans le menu «  Affichage » cliquer sur « représentation des courbes ». Dans la fenêtre qui apparaît cliquer sur « Automatique » puis sur « OK »

l ) Sauvegarder votre travail dans le disque dur.
Conclusion
Déduire des résultats expérimentaux l’influence des différents facteurs sur la durée de charge du

condensateur ( justifier ).

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III) CONSTANTE DE TEMPS 
III-1 ) Analyse dimensionnelle
a ) Compléter la dernière colonne du tableau de la page 2.

On constate que la durée de la charge augmente lorsque le produit RC _____________.
b) Par analyse dimensionnelle déterminer la dimension ( ou l’unité ) du produit RC.

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Le produit  = RC est appelé constante de ________ du dipôle RC. Il est homogène à une _______________ .


III-2 ) Signification physique de
Nous avons montré en cours que : . En déduire la valeur de uC pour t= et pour t = 5.

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fournit un ordre de grandeur de la durée de la charge du condensateur.

La charge est réalisée à _____ % au bout du temps .

La charge est réalisée à _____ % au bout du temps 5.
III-3 ) Détermination expérimentale de
a ) Déduire du § III-2 une méthode permettant à partir de la courbe uC = f(t) de déterminer expérimentalement la valeur de 

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b) Dans le menu « affichage » cliquer sur « représentation des courbes ». Dans courbes affichées sélectionner les courbe uAB = f(t) et uAC = f’(t) correspondant à la troisième acquisition ( E= 6V ; R = 60 k ; C = 0,47 F ).Réaliser la détermination graphique de  ( on s’aidera du pointeur ). Confronter le résultat expérimental à la valeur théorique de  ( = RC ).

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IV ) VARIATION DE i AU COURS DE LA CHARGE DU CONDENSATEUR



a ) Quelle tension doit-on étudier pour obtenir l’allure des variations de l’intensité i du courant circulant dans le dipôle

( R , C ) en fonction du temps ?

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b) Montrer que uBC = uAC – uC

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c) Le logiciel « Généris » permet de réaliser des opérations sur des fonctions. Pour cela il suffit d’ouvrir le menu « traitement » et de cliquer sur « formule ». En déduire une méthode permettant de visualiser l’allure de la courbe i = g(t) au cours de la charge du condensateur ( E= 6V ; R = 60 k ; C = 0,47 F )et la mettre en œuvre.

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d) Tracer ci-dessous l’allure de la courbe i = g(t)



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