Le dipôle R, C : Charge d'un condensateur

TP n°11( Physique)

 Objectifs : -Etudier l'évolution de la tension et de l'intensité lors de la charge d'un condensateur à l'aide d'une carte

                    d'acquisition  CASSY reliée à un ordinateur.

                  - Mettre en évidence les deux facteurs influençant le temps de charge. 

I°) Montage :

                                                                            C                    U_{C             C=220 mF}

                                                                                R                U_{R                    R=1 kW}

     - Brancher l’interface CASSY pour visualiser la tension U_c (canal B) et la tension U_R (canal C)

       (attention : une seulemasse dans tout le montage).

    - Indiquer si un canal doit être inversé.

    - Pourquoi en visualisant  U_R on peut dire que l’on visualise aussi l’évolution du courant (justifier).

II°) Mesure d’une constante de temps :

       - Régler E=10 V.

        Pour suivre les variations de U_c  et U_R en fonction du temps, on utilise le logiciel SYNCHRONIE

        (attention pas lelogiciel SYNCHRONIE 2000). Il faut effectuer des réglages pour obtenir les courbes

         U_c =f(t) et U_R =f(t).

      - Réglages : Par défaut, c’est le canal A qui est validé. Or on utilise le canal B et le canal C, il faut donc

                           invalider le canal A et valider les canaux B et C.

         Il faut aussi régler la durée d’acquisition et le niveau de déclenchement. Le condensateur est déchargé

         au départ (U_c=0V) grâce à un court-circuit. On va régler un seuil de déclenchement pour que l’acquisition

           commence dés que le condensateur commence à se charger.

         Paramètres Entrées A/DE_AA : désactiver fenêtre 1

                                                             configurationmode : voie inactive

                                                            E_AB : écrire U_c à la place de E_AB

                                                                    unité : V

                                                                    valider fenêtre 1

                                                            configuration mode :automatique

                                                            E_AC : écrire U_R à la place de E_AC

                                                                    unité : V

                                                                    valider fenêtre 1

                                                            configuration mode :automatique

                                                                                    ampli : -1 (inverse le canal C)

                            Acquisition Durée  totale : 1,5 s

                                                    Déclenchement : source : entrée B (U_c)

                                                                                   niveau : 0,05 V

                                                                                   sens montant

        - Court-circuiter le condensateur avec un fil.

        - En même temps appuyer sur F10  puis enlever le fil de court-circuit. Dés que la tension

           U_c dépasse 0,05 V, lescourbes apparaissent. Il faut maintenant régler les calibres :

                                                                                                ParamètresFenêtresEchelle en Y : basée sur

                                                                                                 manuelle, mini : 0V;  maxi : 12 V.

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     Questions :

      1°) Ecrire la relation entre U_c, U_R  et E. Cette relation est-elle vérifiée (justifier pour quelques points).

      2°) Déterminer la durée pour U_c =63 % de E. (Utiliser le pointeur dans outils). Comparer avec

          le produit RC.  Conclusion.

       Le produit RC s’appelle la constante de temps t du circuit avec t =RC (t en seconde, R en W et C en

        Farad (F)).

      3°) A t=0 s (condensateur déchargé), quelle est la valeur de i ? Comment varie l’intensité ?

       Le régime transitoire correspond à la charge du condensateur. Quand le condensateur est complètement

        chargé,  c’est le régime permanent. On considère que le condensateur est complètement chargé quand

         U_c vaut environ 99 % de U_max

      4°) Quelle est la durée du régime transitoire (donner le résultat en fonction de t) ?

      5°) Quel est la valeur de i en régime permanent ? Comment se comporte le condensateur ?

III°) Facteurs intervenants dans la constante de temps :

       - Régler E à 5V et recommencer l’expérience ci-dessus. Est-ce que la durée pour atteindre

         63% de E a changé ?  Est que la durée de charge dépend de E ?

        - Recommencer l’expérience avec les valeurs suivantes : C=470  mF               R=100 W               E=10 V  

        1°) La charge est-elle plus rapide ou plus lente ?

      2°) Calculer la constante de temps  t =RC.

     - Régler la durée d’acquisition sur 7t environ et recommencer une acquisition.

    3°) Comparer t avec la durée pour que U_c=63% de E (en utilisant toujours le pointeur dans outils).

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 Conclusion : quels sont les paramètres qui interviennent dans  la durée de la charge d’un condensateur ?