Électricité
Circuits RC et RL
Étude expérimentale de la charge et de la décharge d'un condensateur (circuit RC) et de l'établissement du courant dans une bobine (circuit RL).
Introduction
Les circuits RC et RL sont des circuits du premier ordre dont le comportement transitoire est régi par une constante de temps τ. L'ECE permet de visualiser les régimes transitoires à l'oscilloscope, de mesurer τ et de le comparer à sa valeur théorique. Ces circuits sont à la base de nombreuses applications : filtrage, temporisation, lissage.
Contenu détaillé
1. Circuit RC : charge et décharge du condensateur
- •Charge : u_C(t) = E(1 - e^(-t/τ)) avec τ = RC
- •Décharge : u_C(t) = E·e^(-t/τ)
- •Intensité : i(t) = (E/R)·e^(-t/τ) (décroissance exponentielle)
- •À t = τ : u_C atteint 63% de E (charge) ou 37% de E (décharge)
- •À t = 5τ : le régime permanent est considéré atteint (> 99%)
2. Circuit RL : établissement et rupture du courant
- •Établissement : i(t) = (E/R)(1 - e^(-t/τ)) avec τ = L/R
- •Rupture : i(t) = (E/R)·e^(-t/τ)
- •La bobine s'oppose aux variations de courant (auto-induction)
- •Énergie stockée dans la bobine : E_L = ½L·I²
3. Protocole expérimental type
- •Alimenter le circuit avec un GBF en signal carré (simule charge/décharge)
- •Visualiser u_C(t) ou u_R(t) à l'oscilloscope numérique
- •Mesurer τ graphiquement : méthode de la tangente à l'origine ou du 63%
- •Comparer τ_exp à τ_théo = RC (ou L/R) et calculer l'écart relatif
Matériel expérimental
GBF (Générateur Basse Fréquence)
Produire un signal carré pour simuler la charge/décharge
Oscilloscope numérique
Visualiser et mesurer les tensions en fonction du temps
Condensateur (1 μF à 1000 μF)
Élément capacitif du circuit RC
Bobine d'inductance
Élément inductif du circuit RL
Vocabulaire
Constante de temps τ : Temps caractéristique du régime transitoire : τ = RC (circuit RC) ou τ = L/R (circuit RL)
Régime transitoire : Phase pendant laquelle les grandeurs électriques évoluent vers leur valeur finale
Condensateur : Dipôle qui stocke de l'énergie sous forme de champ électrique, q = C·u
Inductance : Propriété d'une bobine à s'opposer aux variations de courant, u = L·di/dt
Sujets type Bac ECE
- 1Déterminer expérimentalement la constante de temps d'un circuit RC
- 2Comparer les régimes transitoires d'un circuit RC et d'un circuit RL
- 3Étudier l'influence de R et C sur la durée du régime transitoire
