(Etude du dip 364le RL.2. Mesure de l'inductance d 'une bobine. 205)

Cyrus

Description

ETUDE DU DIPÔLE RL Objectifs. - Etude de l’établissement ou de l'annulation du courant dans un circuit inductif. - Mesure de l’inductance d’une bobine. - Utilisation de l’oscilloscope. I. Montage expérimental et observations préliminaires. 1. Compléter le schéma suivant en indiquant les branchements de l’oscilloscope permettant de visualiser sur la voie 1 la tension u délivrée par le GBF et sur la voie 2 la tension u aux bornes du G Rrésistor de résistance R. Représenter ces tensions par des « flèches tensions ». GBF i L R N M P Voie 1 Voie 2 2. Réaliser ce montage et les branchements de l’oscilloscope. On prendra pour résistance R = 1 kΩ et l’on réglera la position du noyau de fer doux de la bobine pour obtenir une inductance d’environ 0,1 H. - Montrer qu’on observera sur la voie 2 la représentation de i = f(t) à un coefficient près. Quel est ce coefficient ? Appeler le professeur avant mise sous tension. 3. Régler le GBF pour obtenir une tension en « créneaux » variant entre 0 V et 6 V. (L’amplitude de l’échelon de tension est U = 6 V) e Effectuer les réglages nécessaires (sur le GBF et sur l’oscilloscope) permettant d’observer l’établissement puis l'annulation du courant dans la bobine. 4. Observations. Représenter l’oscillogramme obtenu sur le schéma précédent. - L’établissement et l'annulation du courant sont-ils instantanés ? - Quels sont les paramètres qui, à votre avis, peuvent avoir une ...

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• Langue: Français

Extrait

ETUDE

DU

DIPÔLE

RL

Objectifs.

- Etude de l’établissement ou de l'annulation du courant dans un circuit inductif.

- Mesure de l’inductance d’une bobine.

- Utilisation de l’oscilloscope.

I. Montage expérimental et observations préliminaires.

1.

Compléter le schéma suivant en indiquant les branchements de l’oscilloscope permettant de

visualiser sur la voie 1 la tension u

G

délivrée par le GBF et sur la voie 2 la tension u

R

aux bornes du

résistor de résistance R. Représenter ces tensions par des « flèches tensions ».

2.

Réaliser ce montage et les branchements de l’oscilloscope.

On prendra pour résistance R = 1 k

Ω

et l’on réglera la position du noyau de fer doux de la bobine

pour obtenir une inductance d’environ 0,1 H.

- Montrer qu’on observera sur la voie 2 la représentation de i = f(t) à un coefficient près. Quel

est ce coefficient ?

Appeler le professeur avant mise sous tension.

3.

Régler le GBF pour obtenir une tension en « créneaux » variant entre 0 V et 6 V.

(L’amplitude de l’échelon de tension est U

e

= 6 V)

Effectuer les réglages nécessaires (sur le GBF et sur l’oscilloscope) permettant d’observer

l’établissement puis l'annulation du courant dans la bobine.

4.

Observations.

Représenter l’oscillogramme obtenu sur le schéma précédent.

- L’établissement et l'annulation du courant sont-ils instantanés ?

- Quels sont les paramètres qui, à votre avis, peuvent avoir une influence sur le retard à

l’établissement ou à l'annulation du courant. Préciser cette influence.

L

GBF

R

i

M

N

P

Voie 2

Voie 1

II. Influence des différents paramètres sur la constante de temps du dipôle RL.

On se propose d’étudier la durée

τ

nécessaire pour que l’intensité atteigne 63% de sa valeur

maximale. Cette durée

τ

est appelée constante de temps du dipôle R-L.

Dans les mesures suivantes la résistance r de la bobine est très faible par rapport à la résistance R du

résistor mis en série. Dans ces conditions la résistance totale du dipôle est voisine de R.

L’amplitude de la tension en créneaux délivrée par le générateur étant maintenue à 6 V, pour quelle

valeur de la tension aux bornes du résistor a-t-on

i = 0,63 I

max

?

1. Influence de l’inductance L sur la valeur de

τ

.

En conservant R = 1 k

Ω

mesurer

τ

pour différentes valeurs de L.

L

(H)

0,1

0,2

τ

(

)

τ

/ L (

)

- Conclure.

2. Influence de la résistance R sur la valeur de

τ

.

Ajuster l’inductance de la bobine à la valeur 0,1 H puis mesurer

τ

pour différentes valeurs de R.

R

(

Ω

)

1000

2000

3000

τ

(

)

- Par quelle relation

τ

et R semblent-elles liées ? (calcul de la 3

ème

ligne)

- Conclure.

3. Constante de temps du dipôle R-C.

Montrer que le rapport L/R représente un temps.

En utilisant les mesures précédentes, comparer

τ

et L/R.

L (H)

R (

Ω

)

L/R (s)

τ

(s)

- Conclure.

III. Mesure de l’inductance d’une bobine.

1.

Proposer par écrit une méthode de mesure de l’inductance d’une bobine.

2.

Mesurer l’inductance de la bobine fournie par le professeur.

ETUDE

DU

DIPÔLE

RL

A) Place et objectifs du TP.

C’est le deuxième TP d’électricité qui doit permettre aux élèves de se familiariser avec les montages

électriques et l’utilisation de l’oscilloscope.

La présentation de la bobine et les expériences fondamentales sur le retard à l’établissement du

courant et à son annulation ont été faites en cours (Passage du courant mis en évidence par une

lampe).

La force électromotrice d’auto-induction est hors programme. Une expérience de cours aura permis

de justifier l’expression de la tension aux bornes d’une bobine u = r.i + L.(di/dt) dans le cas où le

terme (r.i) est négligeable devant L.(di/dt) et de définir le coefficient L. Pour cette expérience on

utilisera le montage classique :

On obtient de bons résultats avec une bobine à noyau réglée aux environs de 0,16 H, une résistance

R = 10 k

Ω

, le GBF délivrant une tension crête à crête de 6 V en dent de scie avec une fréquence de

500 Hz. (Comme la tension aux bornes de la bobine peut être un peu brouillée par des parasites HF,

il ne faut pas trop amplifier le signal de la voie 2).

La résistance R doit être grande de telle sorte que le GBF se comporte comme un générateur de

courant vis à vis du dipôle.

On expliquera aux élèves que le résistor permet de visualiser sur la voie 1 l’intensité du courant au

coefficient R près. Etant donné l’orientation du circuit, la voie 2 visualise -u

bobine

. (On peut

éventuellement utiliser la touche Inv sur la voie 2).

Avec les valeurs proposées, la tension aux bornes de la bobine est voisine de

±

0,1 V.

On peut montrer que cette tension est proportionnelle à (di/dt) en réglant le GBF sur une fréquence

de 1000 Hz puis de 1500 Hz : on obtient dans ces cas u

bobine

=

±

0,2 V puis u

bobine

=

±

0,3 V.

On peut également faire varier I

max

.

Remarque : Le TP n’étant pas très long, cette expérience peut être faite par le professeur en début de

séance. Les élèves connaissent donc la relation u = r.i + L.(di/dt) aux bornes d’une bobine.

L

GBF

R

Voie 2

Voie 1

L’objectif principal est l’étude de l’établissement du courant dans un dipôle R-L et son utilisation

pour la mesure de l’inductance d’une bobine.

Les objectifs secondaires sont à peu près les mêmes que dans le TP précédent : réalisation de

montages électriques, utilisation de l’oscilloscope pour visualiser les variations d’une tension ou

d’une intensité, mesures à l’oscilloscope.

B) Déroulement de la séance.

Les problèmes liés à l’utilisation d’une tension en créneaux seront traités comme au TP 06.

I. Montage expérimental et observations préliminaires.

1.

Ce schéma sera l’occasion de vérifier que les élèves utilisent correctement les flèches

tension.

2.

On rappellera aux élèves que l’oscilloscope permet uniquement de visualiser des tensions.

Les bobines à inductance ajustable sont très utilisées dans les montages électroniques en particulier

dans les postes de radio. Il serait bon d’en montrer.

3.

Il est bon de laisser les élèves tâtonner pour obtenir des réglages convenables et découvrir le

phénomène. Il faudra bien sûr insister sur le fait que si les courbes obtenues ressemblent

étrangement à celles du TP précédent, elles ne représentent pas du tout le même phénomène !

4.

On demande aux élèves de prévoir l’influence de L et de R sur le retard à l’établissement du

courant. Il ne faudra pas donner la réponse avant d’avoir fait les mesures (L’influence de R sera

probablement une surprise).

II. Influence des différents paramètres sur la constante de temps du dipôle R-L.

Contrairement à ce qui a été fait pour le dipôle R-C on ne justifiera pas à priori le coefficient 0,63.

1. Influence de l’inductance L sur la valeur de

τ

.

Pour les valeurs de L inférieure à 0,5 H les mesures donnent de bons résultats. Au delà c’est moins

bon, peut être en raison d’un mauvais étalonnage des bobines ou de l’influence du noyau .

2. Influence de la résistance R sur la valeur de

τ

.

Il est probable que les élèves seront surpris par le résultat. C’est la raison pour laquelle le travail à

effectuer à la troisième ligne du tableau n’est pas indiqué. Les mesures donnent ici de très bons

résultats.

3. Constante de temps du dipôle R-C.

En rassemblant les mesures des deux tableaux précédents on doit constater que

τ

≅

L/R.

On notera en conclusion : on appelle constante de temps d’un dipôle R-L le nombre

τ

= L/R.

III. Mesure de l’inductance d’une bobine.

On fournira aux élèves une bobine de transformateur démontable ou autre.

Remarque : Aux élèves qui auront achevé l'étude avant la fin de la séance, on proposera d’écrire

l’équation différentielle du circuit et de trouver la solution en utilisant les analogies avec l’équation

différentielle obtenue pour la réponse d'un dipôle R-C soumis à un échelon de tension. On justifiera

alors la valeur i = 0,63.I

m

pour t =

τ

= L/R.