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ETUDE EXPÉRIMENTALE D'UN CONDENSATEUR
I Qu'estce qu'un condensateur ? Comment se comportetil ?
1°) Reproduire le schéma cicontre avec les appareils permettant de mesurer IC et UC. (préciser les positions DC ou AC).Réglages et valeurs : E = 4 V et C = 2200 µF
2°) Reproduire et compléter sur votre compterendu le tableau suivant :
Instants Etats des interrupteurs Qu’observeton ?
(évolution des valeurs de IC et de UC pendant la phase transitoire)
Valeurs finales IC UC
t0 K1 et K2 sont ouverts.
t1 On ferme K1, K2 reste ouvert t2 On ouvre à nouveau K1
t3 On ferme l'interrupteur K2 (K1 restant ouvert) 3°) Conclusions ?
II Charge d'un condensateur à travers une résistance.
A Etude qualitative.
Montage : E = 30 V et C = 4,7µF.
Observons la tension UC au moment où on applique une tension constante aux bornes de l'association en série d'une résistance et d'un condensateur.
Le phénomène étant plus visible avec une résistance de forte valeur le multimètre utilisé en voltmètre servira de résistance (RV 10 MΩ).
1°) Fermer l'interrupteur K1. Qu'observeton sur l'écran du voltmètre ? Que pouvezvous dire du courant qui traverse le circuit ?
2°) Exprimer UC en fonction de E et UR. Qu'en déduire quant à l'évolution de la tension UC ?
Lors de la charge d'un condensateur à travers une résistance on distingue deux phases: une première appelée régime transitoire et une deuxième appelée régime permanent.
Décrire l’évolution des grandeurs pendant ces deux phases.
3°) Décharger le condensateur (on courtcircuit le condensateur en fermant K2) afin de se retrouver dans les conditions initiales de l'expérimentation.
B Etude quantitative: on se propose d'étudier l'évolution de IC et UC en fonction du temps.
1°) L'expérience précédente est réalisée en relevant la tension UR à instants précis :
t 0 s 5 s 10 s 15 s 20 s 30 s 40 s 50s 60s 75s 90s 120s 150s 200s 270s
UV (en Volt) 30 27 24,2 21,8 19,5 15,8 12,8 10,3 8,3 6,1 4,5 2,4 1,2 0,4 0,1 IC
UC
2°) Reproduire et remplir le tableau précédent (Déduire des mesures de UR les valeurs de l'intensité du courant IC, en sachant que la résistance du voltmètre est de 10 MΩ. Calculer aussi les valeurs de UC correspondant aux
différentes mesures de UR.)
C IC
K1 K2
E UC
C V
RV
UR
E K2
IC
UC
K1
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3°) Tracer soigneusement les courbes UC (t) et IC (t) sur des feuilles de papier millimétré séparées.
4°) Exploitation de la courbe UC (t).
On caractérise la charge d'un condensateur par le temps nécessaire pour que la tension UC atteigne 63% de sa valeur finale. Ce "temps" noté τ est appelé constante de temps du circuit RC.
a A l'aide de la courbe UC (t), déterminer τ.
b Calculer le produit RC et comparer votre résultat avec τ. c Conclusion ?
d Tracer la droite passant par l'origine et par le point de coordonnées (τ , E ). Que représente cette droite pour la courbe que vous avez tracée ?
e On considère qu'un condensateur est complètement chargé au bout de 3τ.
Quelle valeur a atteint UC pour t = 3τ? Quel pourcentage de E cela représentetil ?
III Charge et décharge d'un condensateur en régime variable.
R est une boîte à décade allant jusqu'à 1 M .Ω
1°) Indiquer les branchements de l'oscilloscope permettant de visualiser e et uC. 2°) Régler le GBF de manière à obtenir e tel que représenté cicontre:
La période est T = 2.104 s
3°) On désire que T = 10.τ , sachant que C = 1nF, calculer R.
4°) Visualiser e et uC, et dessiner en synchronisme e, uC et Ri = euC ( appuyer sur inv. pour avoir uC, puis sur ADD et supprimer DUAL ).
5°) On fait varier la résistance R.
f = 5 000 Hz, pour R1 = 4,7 kΩ et pour R2 = 100 kΩ, visualiser e, uC et Ri.
Expliquer l'influence de la valeur de R sur l'allure de uC...
6°) On fait varier la fréquence.
R = 22 kΩ, pour f1 = 500 Hz, f2 = 50 Hz et f3 = 50 000 Hz, visualiser e, uC et Ri. Expliquer.
IV A quoi peutil bien servir ?
Le G.B.F. délivre une tension sinusoïdale de valeur efficace 5V et de fréquence 1500 Hz à un montage redresseur double alternance.
Par rapport au montage réalisé lors du précédent T.P. précédent, la charge comporte ici un condensateur de 1 µF en parallèle avec la résistance de 1k . Ω Décrire le montage permettant de visualiser la tension aux bornes de la charge.
Observer et relever la tension aux bornes de la charge avec et sans condensateur.
Quelle différence peuton observer ? Comment l'expliquer ?
Remplacer à présent le condensateur de 1µF par un condensateur de 4,7µF, puis 10µF. Conclusion?
C R
UR (G.B.F.)e
iC
uC
K1
t en ms e
en V
1V
T/2 T
R
C
G.B.F.
~
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