97COU026 .......Enoncé : Charge de condensateurs à courant constant

On réalise le montage suivant :

1. Indiquer les états (ouvert ou fermé) des interrupteurs K1 et K2 lorsqu’on souhaite charger le condensateur.

2. Indiquer les états (ouvert ou fermé) des interrupteurs K1 et K2 lorsqu’on souhaite décharger le condensateur.

3. Dans le montage expérimental décrit, quelle est la particularité de la charge du condensateur ?

4. Reprendre le schéma du montage et placer un voltmètre pour mesurer la tension uC.

5. On veut relever la caractéristique uC = f(t) où t représente le temps de charge du condensateur, mesuré avec un chronomètre.

Le générateur de courant délivre un courant constant I = 1,3 mA.

5.1. Indiquer la méthode expérimentale à utiliser pour compléter le tableau ci-dessous (on précisera en particulier la manière d’actionner les interrupteurs K1 et K2) :

t (s)

0

             

uC (V)

0

1

2

4

6

8

10

12

5.2. On a relevé les résultats expérimentaux suivants :

t (s)

0

4,1

8,2

16,3

24,5

32,6

40,8

48,9

uC (V)

0

1

2

4

6

8

10

12

Tracer sur une feuille de papier millimétré la caractéristique uC = f(t).

5.3. La caractéristique tracée est une droite d’équation :

Après avoir évalué la pente de la caractéristique uC = f(t), en déduire la capacité C du condensateur utilisé.

5.4. L’expérimentateur a pris en réalité un condensateur chimique de capacité normalisée C = 4700 µF et de tolérance ± 20 %.

La valeur expérimentale obtenue (question 5.4.) correspond-elle au composant utilisé ?

Justifier votre réponse.

6.

6.1. Pour déterminer la capacité de deux condensateurs C1 et C2, l’expérimentateur réalise la manipulation suivante :

L’interrupteur K est un interrupteur piloté qui se ferme dès que u (t) atteint 6 V et qui s’ouvre lorsque u (t) atteint 0 V.

Un oscilloscope permet de relever le signal u ; son branchement est indiqué sur le schéma de montage ci-dessus. L’oscillogramme de u est repris ci-dessous :

Sachant que lors de la charge à courant constant :

où Ceqs représente la capacité équivalente à l’association en série des condensateurs C1 et C2, évaluer la valeur de cette capacité équivalente Ceqs.

6.2. Ce même expérimentateur en prenant les mêmes condensateurs C1 et C2, réalise la manipulation suivante :

L’interrupteur piloté K est identique à celui de la question 6.1..

Un oscilloscope permet de relever le signal u ; son branchement est indiqué sur le schéma de montage ci-dessus. L’oscillogramme de u est repris ci-dessous :

Sachant que lors de la charge à courant constant :

où Ceqp représente la capacité équivalente à l’association en parallèle des condensateurs C1 et C2, évaluer la valeur de cette capacité équivalente Ceqp.

7. Après avoir rappelé les règles d’association des condensateurs (relations liant Ceqs et Ceqp à C1 et à C2) et en vous appuyant sur les résultats des questions 6.1. et 6.2., déduire les valeurs de C1 et de C2.

Une aide peut être consultée pour répondre à cette question.