Correction 

 Le flash électronique

Pondichéry 03  ( 4 points )

 

    

 

Énoncé

D’après une documentation.

(certains renseignement et données sont nécessaires à la résolution du sujet).

Un flash électronique d'appareil photo est alimenté par deux piles de 1,5 volts.

Un oscillateur basse tension transforme le courant continu en courant

 alternatif .

Un petit transformateur dont le bobinage primaire constitue l'inductance de ce

 circuit oscillant élève la tension qui ensuite est redressée au moyen d'une diode.

Cette tension redressée permet de charger un condensateur de capacité

C = 150 μF ± 10 % à une tension U =330 volts.

1)- étude du flash :

a)-   Donner l'expression de l'énergie électrique EC stockée dans le condensateur

de ce flash lorsqu'il est chargé.

calculer sa valeur numérique.

-  Énergie électrique EC stockée dans le condensateur :

-    Un condensateur de capacité C chargée sous la tension U  emmagasine

l’énergie :

-     

-    EC : énergie en joule J

-    C capacité en farad F

-    U tension aux bornes du condensateur en volt V.

-    C’est de l'énergie potentielle électrostatique :

-    Valeur numérique :  

       

b)-   La décharge rapide dans la lampe à éclats provoque un éclair d'une durée

 d'environ une milliseconde.

Quelle est la valeur numérique de la puissance électrique Pe consommée durant

 cet éclair ?

-  Puissance électrique Pe consommée durant cet éclair :

-    

c)-   Pour quelle raison doit-on élever la tension avant de l'appliquer,

une fois redressée, aux bornes du condensateur ?

-  Comme l’énergie EC  est proportionnelle au carré de la tension U,

cela permet d’emmagasiner plus d’énergie.

-  Ainsi l’éclair produit est plus important.

2)- Étude expérimentale du circuit RC.

 Pour vérifier la valeur de la capacité C de ce condensateur, un élève a réalisé

le montage suivant.

La résistance R a une grande valeur et le générateur de tension continue a

pour force électromotrice E = 12 V.

Schéma :

 à la date t = 0, il ferme le circuit et note les intensités dans le circuit toutes

les 10 secondes.

t (s)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

i (mA)

54

40,6

30,6

23

17,4

13,1

9,8

7,3

5,6

4,2

a)-   Sachant que le condensateur est déchargé à t = 0, déterminer la valeur de

la résistance R.

-  Valeur de la résistance R.

-    Schéma :

-    Additivité des tensions : u C  +  u R = E  (1)

-    Au temps t = 0, le condensateur est déchargé u C = 0 et

l’intensité dans le circuit est i (0) = I 0 = 54 mA.

-    La relation (1) permet d’écrire :  

      

b)-   Tracer la courbe i = f (t) à partir du tableau de mesures.

On prendra 2 cm pour 10 s en abscisse et 2 cm pour 10 mA en ordonnée.

-  Courbe i =f t) :

Cliquer sur l'image pour l'agrandir

c)-   L'intensité du courant électrique décroît en fonction du temps selon la loi :

t étant la constante de temps de ce circuit de ce circuit et I0 l'intensité à t = 0 :

I0 = i (0).

Quelle est la valeur numérique de l'intensité i (t) dans ce circuit lorsque t  = τ ?

Lire sur le graphe la valeur de τ et en déduire la valeur de la capacité C de

ce condensateur.

Ce résultat vous semble-t-il conforme aux indications du fabricant ?

-  valeur numérique de l'intensité i  (t) dans ce circuit lorsque t  = τ :

-    

-    étude graphique : On utilise le fait que

-    

-    Pour déterminer graphiquement la valeur de τ, on trace la tangente

à l’origine des dates à la courbe i = f (t). 

-    L’abscisse du point d’intersection de la tangente avec

l'axe des abscisses donne la valeur de la constante de temps τ.

Cliquer sur l'image pour l'agrandir

-    En conséquence : τ ≈ 35 s.

-    Capacité du condensateur :  

 

-    Pour le constructeur,

C = 150 μF ± 10 %

135 μF ≤ C ≤ 165 μF .

-    La valeur trouvée est conforme aux indications du fabricant.

1)- étude du flash :

a)-    

b)-    

c)-    

2)- Étude expérimentale du circuit RC.

a)-    

b)-    

c)-