Détermination de la capacité C d'un condensateur et

de la résistance R d'un circuit R,C (TP n°13 (Physique))

Objectifs : - Relier la charge électrique q et la tension U_c associées à un condensateur.

                  - Utiliser l’oscilloscope pour trouver la valeur de la résistance R d’un circuit R,C.

I°) Relation entre la charge électrique q et la tension U_c d’un condensateur :

     Lorsqu’un courant arrive à la borne + et sort par la borne - d’un condensateur, c’est en fait des électrons

      qui quittent l’armature + et d’autres électrons qui s’accumulent sur l’armature -. Ces armatures portent alors des

     charges opposées.

     Il apparaît simultanément une tension U_c entre les deux armatures. Par la suite nous allons charger un

      condensateur avecun générateur de courant constant.

    1°) Montage : Réaliser le montage ci-dessous avec C=2200 mF. Ce montage contient un générateur de courant

          délivrant une intensité constante. Son symbole est :

2) Mesures :

- A l’aide du bouton de réglage de i, fixer i à 100 mA (ou 0,100 mA).

- Décharger le condensateur en fermant l’interrupteur.

- Quand on ouvre K, le condensateur se charge.

- Déclencher le chronomètre au moment de l’ouverture de l’interrupteur et relever la valeur de U_C (tension aux

    bornes du condensateur) toutes les 10 s tant que l’intensité reste constante (N’oublier pas la 1^ère valeur quand

     t=0s).

3°) Exploitations : Toutes les valeurs de t, q et U_c seront rassemblées dans un tableau à 3 colonnes (avec

     EXCEL). On trouve q (quantité de charge sur les armatures du condensateur) grâce à la relation :

q (en Coulomb : C)=I (Ampère : A) t (seconde : s)

a°) Tracer q=f(Uc) toujours avec EXCEL ainsi que la courbe de tendance.

b°) Afficher l’équation de cette courbe de tendance pour trouver le coefficient directeur. Comparer ce

     coefficient avec la capacité du condensateur.

c°) En déduire une relation entre q, U_c et C.

II°) Etude d’un dipôle R, C à l’aide de l’oscilloscope :

Dans cette partie du TP il faudra appliquer quelques règles pour utiliser  correctement l’oscilloscope :

- les boutons rouges « uncal » doivent être éteints

- le bouton « HOLDOFF » doit être calé à fond à gauche

- travailler en DC

- vérifier régulièrement le zéro (bouton « GND »)

- mettre en autoset  pour les réglages.

Le but de cette partie du TP sera de déterminer le résistance R d’un dipôle (R,C) dont la valeur du condensateur est connue (C=0,100 mF).

1°) Réglage du G.B.F :

- brancher le G.B.F sur la voie 1 de l’oscilloscope.

- régler sa fréquence à f=600 Hz.

- grâce au bouton « offset » et « amplitude » du G.B.F , faire apparaître sur l’écran une tension créneau (ou

rectangulaire) positive allant de 0 à 6V. Choisir la base des temps de façon à visualiser une seule période.

Faire vérifier les réglages et recopier l’écran dans le cadran 1. Eteindre ensuite le GBF.

2°) Montage du G.B.F et du dipôle (R,C) :

- schématiser le montage série entre le G.B.F et le dipôle (R,C)

- sur le schéma placer les voies 1 et 2 de façon à visualiser la tension aux bornes du GBF (voie 1) et la

 tension aux bornes du condensateur (on utilisera l'oscilloscope différentiel).

Réaliser le montage et le faire vérifier (avant d’allumer de nouveau le GBF).

3°) Mesure de la constante de temps du circuit :

- Faire les réglages de la base des temps pour visualiser toujours une période pour les 2 signaux.

- Recopier l’écran correspondant à la tension aux bornes du condensateur (cadran 2).

4°) Questions :

1°) Expliquer l’allure de U_c(t) par rapport à U_G(t) (tension aux bornes du générateur).

2°) a°) Rappeler l’expression de la constante de temps t.

b°) La déterminer graphiquement grâce au cadre 2 (expliquer).

c°) En déduire la valeur de R (Vérifier avec les codes couleurs).

3°) a°) Au bout de combien de temps la charge est-elle réalisée à 99 %.

b°) La tension de charge du condensateur a pour expression U_c=E(1-e).

Si t est très supérieur à t  alors U_c=. On observe alors une tension en dents de

scie pour U_c. Expliquer (en justifiant) comment réaliser cette tension en dents de scie

, puis réaliser la manipulation.

Cadre 1:                                                                                   Cadre 2 :   

Base de temps = .....................................                                Base de temps = ......................................