P07 : DECHARGE D’UN CONDENSATEUR DANS UNE BOBINE INDUCTIVE
Objectifs : visualiser puis étudier les différents régimes de décharge d’un condensateur dans une bobine inductive
I. Montage et réglages préliminaires
Mesurer la résistance r de la bobine inductive utilisée
Régler l’inductance de la bobine à L=1H.
Réaliser le montage électrique ci-contre (on utilisera l’alimentation idéale de tension délivrée par le boîtier Bora)
Flécher la tension positive uc aux bornes du condensateur
Réaliser les branchements nécessaire sur le boîtier Bora permettant de mesurer la tension uc
II. Paramétrage de synchronie
1) L’interrupteur est en position 1. Que vaut la tension uc ?
2) On souhaite déclencher l’acquisition de la tension uc lors de la décharge du condensateur dans la bobine (interrupteur en position 2). Le déclenchement de l’acquisition se fait à 0,1 V de la tension uc initiale.
Quel valeur de déclenchement faut-il prendre ? Dans quel sens ? 3) Compléter puis paramétrer synchronie :
Onglet Entrées :
Entrée 0 : configuration ……… ; calibre … ; nom : ……… ; unité : … ; Trait fin ; fenêtre cochée : 1 Onglet Acquis :
Réglage : 500 points puis ajouter ; durée totale : 150 ms ;
Déclenchement source : sur ………; niveau : ……… ; condition : sens …………
Onglet Fenêtre :
Abscisse : …….. ; Echelle en X : min …… et max …… ; Echelle en Y : min ….. et max ……
III. Etude de l’influence de la résistance R au cours de la décharge du condensateur
Le condensateur étant initialement chargée (interrupteur en position 1), cliquer sur F10. Synchronie est alors en attente d’acquisition, elle débutera dès l’instant où on basculera l’interrupteur en position 2.
On maintient L et C constants. On souhaite étudier l’influence de la résistance R au cours de la décharge.
Prendre successivement R=0 ; 20 et 100 (basculer en position 2 puis revenir en position 1).
Indiquer à chaque acquisition la valeur de la résistance sur la courbe.
Imprimer les 3 courbes.
Modifier les paramètres de synchronie pour faire afficher cette fois-ci les prochaines acquisitions en fenêtre 2 (ajuster l’échelle de cette fenêtre). Prendre R=200 ; 500 ; 800 et 2000 .
Imprimer les courbes.
On peut classer les différentes courbes obtenues en 2 familles suivant la valeur de R : celles correspondant à un régime pseudo-périodique et celles correspondant à un régime apériodique.
1 2
Ug=5V
R L=1H r
C=10 µF
A
B
D E
1) Régime pseudo-périodique
a) Quelles sont les courbes qui correspondent à ce régime ?
b) Quelle différence fait-on entre un régime périodique et un régime pseudo-périodique ?
c) Comment évolue le signe de uc pendant ce régime ? En conséquence, que fait le courant ? Que fait le condensateur sur une pseudo-période ?
d) Que peut-on en déduire concernant le comportement énergétique du condensateur et de la bobine ? 2) Régime apériodique
a) Quelles sont les courbes qui correspondent au régime apériodique?
b) Comment évolue le signe et la valeur de uc pendant ce régime ? En conséquence, que fait le courant ? c) Qu’observe-t-on sur le condensateur pendant le régime apériodique ?
d) Comment évolue la durée de la décharge du condensateur avec la valeur de la résistance R +r du circuit de décharge ?
3) Régime critique
Déterminer approximativement ou par encadrement (en refaisant au besoin quelques acquisitions ciblées) la valeur de (R+r) correspondant au passage d'un régime à l'autre. Le régime frontière entre les 2 est appelé régime critique.
IV. ETUDE DU REGIME PSEUDO-PERIODIQUE 1. Etude de la pseudo-période : influence de L et C
Faire une acquisition en fenêtre 3 (modifier l’échelle de la fenêtre) avec L=1 H ; C=10 µF et R=50 .
Mesurer puis noter la pseudo-période T du régime (à l’aide de l’outil réticule et de l’origine relative).
Refaire la même étude en complétant le tableau ci-contre
Imprimer les 3 courbes obtenues.
Comment évolue T quand C augmente ? Quand L augmente ?
Calculer la valeur théorique de la pseudo-période : T=
C L.
.
2 . Faire un calcul d’erreur.
2. Etude du courant
L (H) C (µF) R () T (ms) Tthéo(ms)
1 10 50
1 5 50
0,2 10 50
Reprendre les valeurs L=1H, C=10 µF et R=50 . Modifier le paramétrage de l’entrée 0 pour faire afficher l’acquisition en fenêtre 4.
a) Relier le point B du circuit à la voie EA1 du boîtier Bora. Quelle tension va t-on ainsi visualiser en même temps que uc? Flécher cette tension sur le schéma.
b) Compléter puis paramétrer l'entrée 1 relative à EA1.
Entrée 1 : configuration ……… ; calibre … ; nom : ……… ; unité : … ; Trait fin ; fenêtre cochée : 4
Faire l'acquisition. Modifier l’échelle de la fenêtre puis imprimer.
c) On souhaite visualiser l'intensité i(t) qui circule pendant ce régime dans la fenêtre 5. Utiliser la feuille de calcul pour parvenir à calculer i puis paramétrer synchronie pour lui faire afficher les variations de i dans une nouvelle fenêtre. Noter sur le compte rendu la formule utilisée. Imprimer le graphe obtenue.
d) Cette courbe permet-elle de confirmer la réponse à la question III.1) c) ?
e) Quel est le sens du courant de charge lorsque l'interrupteur est en position 1 (avant de faire l'acquisition). En déduire quel est le sens du courant de décharge au moment où l'on bascule le commutateur sur la position 2 ? Quel doit donc être alors le signe de i ? Est-ce confirmer par le graphe i(t) ?
P07 : DECHARGE D'UN CONDENSATEUR DANS UNE BOBINE INDUCTIVE (salle info) Elèves :
ordinateur + boîtier Bora bobine avec noyau réglable boîte de condensateurs 15 microF boîte de résistances(0-2000 ) Interrupteur 2 positions
fils
multimètre Au bureau:
2 Henrymètres
1 ou 2 boites de secours (condensateurs et résistances)
