TP n° 6 : Charge et décharge d`un condensateur
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TP n° 6 : Charge et décharge d`un condensateur
TP PHYSIQUE – Terminale S Page 1 © F Arnould – Lycée P. Mendès France EPINAL - http://physiquark.free.fr TP n° 6 : Charge et décharge d’un condensateur Objectifs : * Etablir la relation entre la charge d’un condensateur et la tension entre ses bornes * Etudier la réponse d’un circuit (R, C) à un échelon de tension. * Etudier la décharge d’un condensateur dans une résistance 1 - Relier la charge électrique q et la tension uAB aux bornes d’un condensateur A 1.1 - Montage ► Sur le schéma, représenter le voltmètre permettant de mesurer la tension uAB (!sens de I=1mA branchement !) et flécher cette tension. ► A l’aide d’un fil, s’assurer que le condensateur (C = 4700 µF) est déchargé. ► Brancher alors le générateur de courant constant sur le condensateur (! polarité du condensateur !) et le régler à environ 1 mA. q -q ✎1 Noter la valeur exacte de I : I = ……… B Débrancher un des fils puis décharger le condensateur. * Enclencher le chronomètre au moment de la fermeture du circuit puis compléter le tableau ci-dessous. (! Surveiller la valeur de I vers t = 120 s !) ✎2 Compléter le tableau ci-dessous t(s) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120 150 180 uAB(V) 1.2 - Analyse ✎3 Représenter la courbe uAB = f(t) et interpréter son allure. ✎4 Calculer le coefficient directeur k de la première partie de cette courbe. ✎5 Calculer alors le rapport I/k. Quelle valeur retrouve-t-on? ✎6 En déduire alors la relation entre uAB , I, C et t. ✎7 L’intensité I étant constante, la charge q de l’armature A est telle que q= I . t. En déduire alors la relation entre q, C et uAB. 2 - Réponse d’un circuit (R, C) à un échelon de tension 2.1 - Montage ► Sur le schéma, représenter le voltmètre permettant de mesurer la tension positive uC aux bornes du condensateur ( ! sens de branchement !) et flécher cette tension ainsi que E. ► A l’aide de 2 fils, s’assurer que le condensateur (C = 4700 µF) est déchargé. (! Décharge!) E=12V ► Préparer le générateur idéal de tension à délivrer E = 12 V puis l’éteindre sans toucher le potentiomètre. ► Construire alors le circuit avec la résistance R = 10 kW et le condensateur de capacité C = 4700 µF (! polarité du condensateur !) ► Enclencher le chronomètre au moment de la fermeture du circuit puis compléter le tableau cidessous. Passer ensuite directement au 3.1) avant de revenir aux analyses. u R q -q TP PHYSIQUE – Terminale S Page 2 © F Arnould – Lycée P. Mendès France EPINAL - http://physiquark.free.fr ✎8 Compléter le tableau ci-dessous : t(s) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 80 90 100 120 140 160 180 200 240 270 300 55 60 70 uC(V) t(s) uC(V) 2.2 - Analyse ✎9 Représenter la courbe uC = f(t) et interpréter son allure. Quelle fonction permet de modéliser ce type de courbe ? On définit une constante de temps t telle que uC(t) = 0,63 E. ✎10 Déterminer graphiquement t . ✎11 Montrer que t est aussi l’abscisse du point d’intersection entre la tangente à la courbe à l’origine et la droite u(t) = E. ✎12 Montrer par une analyse dimensionnelle que RC s’exprime en secondes. Calculer alors le produit RC puis conclure ✎13 Montrer graphiquement que pour t = 5t le condensateur est à 99% de sa charge maximale. ✎14 Vérifier pour les valeurs “en gras” du tableau que uC = E.[1 – exp(–t/t)] 3 - Décharge d’un condensateur dans une résistance 3.1 - Montage Orienter les dipôles en convention récepteur puis flécher uC et uR. * Isoler le condensateur (C = 4700 µF) chargé puis enclencher le chronomètre au moment de sa décharge dans la résistance R = 10 kW (! polarité du condensateur !). q V R -q ✎15 Compléter le tableau ci-dessous : t(s) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 80 90 100 120 140 160 180 200 240 270 300 55 60 uC(V) t(s) uC(V) 3.2 - Analyse ✎16 Représenter la courbe uC = f(t) et interpréter son allure. Quelle fonction permet de modéliser ce type de courbe? ✎17 On définit une constante de temps t telle que uC(t) = 0,37 E. Déterminer graphiquement t . ✎18 Montrer que t est aussi l’abscisse du point d’intersection entre la tangente à la courbe à t=0 et l’axe des abscisses. ✎19 Calculer alors le produit RC puis conclure. ✎20 Montrer graphiquement que pour t = 5t le condensateur est à 1 % de sa charge maximale. ✎21 Vérifier pour les valeurs “en gras” du tableau que uC = E.exp(–t/t) 70
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