TP Physique N° 08

Établissement du

courant dans une bobine.

Correction.

 

   

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Programme 2012 :

Programme 2012 : Physique et Chimie

Matériel :   

Bobine ; Générateur de tension ;

Conducteur ohmique R' =  18 W ;

Carte CASSY- lab ; Multimètre.

 

I- But

-  Mettre en évidence le retard à l'établissement du courant dû à une bobine dans un circuit.

-  Détermination de la valeur de l'inductance propre d'une bobine par différentes méthodes.

II- Établissement du courant dans un circuit.

1)- Montage :

Réaliser le montage et le faire vérifier. (Mesurer au préalable la valeur des résistances R’ et r)

2)- Logiciel CASSY Lab.

a)-  Ouverture du logiciel et paramétrages :

-  Dans le menu démarrer, cliquer sur l’icône CASSY Lab. Dans la fenêtre paramétrages, cliquer sur la partie correspondant à INPUT A, pour l’activer.

-  Souris clic gaucheCliquer sur paramètres de mesure, et entrer les valeurs suivantes :

-  Fermer toutes les fenêtres.

b)- Acquisitions :

-  Souris clic gaucheCliquer sur l’icône chronomètre de la barre des taches et fermer l’interrupteur.

c)-  Changement des échelles pour une meilleure exploitation du graphe.

-  Souris clic droitClic droit sur l’axe des ordonnées, et entrer les valeurs suivantes, puis fermer.

 

Après réglages :

 

3)- Rappels et compléments.

a)-  Loi d'Ohm aux bornes d'un conducteur ohmique : R représente la résistance du conducteur ohmique.

u AB = R.I

b)- Loi d'Ohm aux bornes d'une bobine : L représente l'inductance propre de la bobine et r la résistance de la bobine.

L’unité d’inductance L est le henry, symbole H.

III- Exploitation et mesures.

1)- Étude quantitative de la courbe : uBM  = g (t).

a)-  Visualisation de uBM  = g (t) :

-  On utilise l'ordinateur pour enregistrer le phénomène transitoire qui est très bref.

-  Que représente la courbe obtenue ?

-  Expliquer qualitativement cette courbe. 

-  Montrer qu'il existe deux phases. 

-  Donner les limites de chaque phase. 

-  Qualifier chacune des phases. 

-  Quelle est la durée Δt  de la première phase ?

-  La courbe obtenue représente les variations de la tension uBM  aux bornes du conducteur ohmique de résistance R’ en fonction du temps t.

-  Au cours du temps, la tension u BM augmente, il en va de même pour le courant d'intensité i.

-  Le courant met un certain temps pour s'établir dans le circuit.

-  Il existe

-  un régime transitoire : établissement du courant

-  un régime permanent : lorsque le courant est établi.

-  durée de la première phase : Δt   7,0 ms (environ).

 

b)- Déduire de la courbe la valeur maximale de la tension U 0 aux bornes du conducteur ohmique lorsque le régime permanent est atteint.

-  Faire un clic droit sur le graphe, sélectionner : Placer une marque et Ligne horizontale.

-  Pour afficher les coordonnées, faire un clic droit sur le graphique, puis sélectionner Afficher les coordonnées.

-          Valeur de U0 :   U0  3,35 V

 

c)- Déterminer la valeur de la tension U0L aux bornes de la bobine lorsque le régime permanent est atteint.

{

uAM = E 5,00 V

uAM  = uAB + uBM  

 

{

uAM = E 5,00 V

uAM  = uL + uR' 

 

{

E = uL + u R' 

-  Lorsque le courant est établi :

uBM = U0 = 3,35 V et uAB = U0L.

-  U0L = E    U0  

-  U0L = 5,00    3,35

-  U0L 1,65 V 

 

2)- Étude de la courbe : iexp = h (t).

-  Calcul de la valeur de l’intensité au cours du temps.

-  Cliquer sur la boîte à outils,  sélectionner Paramètre/Formule/FFT, puis Nouvelle grandeur.

 

a)- Déterminer la valeur du courant I0 dans le circuit lorsque le régime permanent est atteint.

b)-  Donner la durée Δt1 au bout de laquelle . Que représente Δt1 ?

-  Δt1 1,7 ms Cette durée représente la constante de temps t du circuit R,L.

c)-  Sur la courbe, tracer la tangente au point d’abscisse 0.

Déterminer l’abscisse Δt2 de son point d’intersection avec l’asymptote horizontale.

-  Δt2 1,8 ms

d)-  Comparer Δt1 et Δt2 au rapport .

-  Δt1 1,7 ms

-  Δt2 1,8 ms

-  

e)- Donner l'expression littérale de la loi d'Ohm aux bornes de la bobine et

aux bornes du conducteur ohmique.

-  Loi d’Ohm aux bornes du conducteur ohmique : uBM = R.I

-  Loi d’Ohm aux bornes de la bobine :

f)- Que peut-on dire de la valeur lorsque le régime permanent est atteint ?

En déduire la valeur de la résistance totale R du circuit.

Comparer R et r + R'. Conclusion.

-  Lorsque le régime permanent est atteint, i = I0 =Cte

-  La valeur de

- 

-  En utilisant les valeurs mesurées à l’ohmmètre :

-  r = 8,6 Ω et R’ = 18,0 Ω

-  R’ + r 26,6 Ω 26,9 Ω

-  

g)- Sachant que la constante de temps du circuit (R, L) : et que d'autre part τ = Δt1 :

Voir la question : (III-2)-d), calculer la valeur de l'inductance propre L de la bobine.

-  Valeur de l’inductance propre de la bobine :

-  A partir de τ = Δt1 1,7 ms :

L = τ .

L 1,7 x 26,6  

-  L1 45 mH

-  A partir de τ = Δt2 1,8 ms :

-  L =  τ. R

L 1,8 x 26,6  

-  L2 48 mH

h)-  Comparer la valeur trouvée à celle donnée par le constructeur.

-  Le constructeur annonce L = 46 mH 

- 

- 

-  Le résultat est en accord avec la valeur donnée par le constructeur.

- La différence est due essentiellement au fait que la courbe ne part pas de zéro. 

-  Il a fallu mettre un niveau de déclenchement. 

-  Pour affiner, il faudrait décaler la courbe expérimentale pour quelle démarre à zéro.

-  Ceci peut être fait en créant une nouvelle grandeur.