Dans cette catégorie, nous retrouvons des sketchs permettant l’étude de la charge et la décharge du condensateur d’un dipôle RC.
Tous ces sketchs ont déjà été présentés dans la rubrique « Activités pour les lycées / Condensateurs et Dipôles RC »
1. Dipoles_RC_Charge (Code: Etude de la charge d’un condensateur d’un dipôle RC)
L’objectif de l’activité est suivre l’évolution temporelle de la tension aux bornes du condensateur lors de sa charge afin de vérifier la relation théorique Uc = f(t).
Après avoir déchargé le condensateur, la mesure de la tension aux bornes du condensateur Uc, lors de la charge, à l’aide de l’entrée analogique A0 est lancée, à t = 0 s, par un appui sur le bouton poussoir.
La valeur de la tension en V est affichée dans le moniteur série toutes les 100 ms.
Les mesures sont arrêtées en appuyant sur le bouton poussoir. Le condensateur est alors déchargé afin de pouvoir effectuer de nouvelles mesures en appuyant de nouveau sur le bouton poussoir.
Il est donc possible d’acquérir des couples de données (t, Uc) afin de vérifier la relation Uc = f(t) théorique:
et effectuer une modélisation:
La valeur théorique de τ est :
τ = RC = 10.103 x 100. 10-6 = 1 S
Par la modélisation, la détermination de t donne une valeur très proche de la valeur théorique.
2. Dipoles_RC_Decharge (Code: Etude de la décharge d’un condensateur d’un dipôle RC)
L’objectif de l’activité est de suivre l’évolution temporelle de la tension aux bornes du condensateur lors de sa décharge, afin de vérifier la relation Uc = f(t) thérorique, avec le même circuit que l’ activité de charge.
Après avoir chargé le condensateur, la mesure de la tension aux bornes du condensateur Uc, lors de la décharge, à l’aide de l’entrée analogique A0 est lancée, à t=0s, par un appui sur le bouton poussoir.
La valeur de la tension en V est affichée dans le moniteur série toutes les 100 ms.
Les mesures sont arrêtées en appuyant sur le bouton poussoir. Le condensateur est alors chargé afin de pouvoir effectuer de nouvelles mesures en appuyant de nouveau sur le bouton poussoir.
Il est donc possible d’acquérir des couples de données (t, Uc) afin de vérifier la relation Uc=f(t) théorique:
et effectuer une modélisation:
La valeur théorique de τ est :
τ = RC = 10.103 x 100. 10-6 = 1 S
Par la modélisation, la détermination de t donne une valeur très proche de la valeur théorique.
3. Dipoles_RC_Tau (Code: Détermination de la capacité d’un condensateur par mesure d’une constante de temps)
Dans cette activité, nous allons modifier le programme de l’activité « Étude de la charge d’un condensateur », de façon cette fois-ci à mesurer directement la constante de temps du circuit RC sans passer par le tracé de la caractéristique Uc=f(t).
On pourra alors déterminer la capacité d’un condensateur inconnu puisque :
τ = RC donc: C = τ / R
Lors de la charge d’un condensateur, nous avons vu, qu’au bout d’un temps égal à la constante de temps τ, le condensateur était chargé à 63 % de la tension appliquée au dipôle RC (ici, à t = τ : Uc= 0,63 x 5 = 3,15 V).
Avec le même circuit que les activités de charge et décharge d’un condensateur, pour déterminer la constante de temps, il suffit donc, par lecture de l’entrée analogique A0, de mesurer le temps que met cette entrée pour atteindre la valeur correspondant à la tension aux bornes du condensateur au temps τ, soit : 0,63 x 1023 = 644 (CAN 5 V = 1023).
Ainsi, après avoir déchargé le condensateur, la mesure de la tension aux bornes du condensateur Uc, lors de la charge, à l’aide de l’entrée analogique A0 est lancée, à t = 0 s, par un appui sur le bouton poussoir.
Quand la valeur de l’entrée analogique A0 souhaitée est atteinte, la constante de temps est alors calculée et affichée dans le moniteur série, puis le condensateur est déchargé.
Une nouvelle mesure est possible en appuyant de nouveau sur le bouton poussoir.
4. Dipoles_RC_Flash (Code: Simulation d’un flash photographique)
L’objectif de cette activité est de simuler le flash d’un appareil-photo à l’aide d’une diode électroluminescente (DEL) blanche dans le circuit de décharge d’un condensateur d’un dipôle R’C.
On utilise pour cela un relais électromécanique, par exemple le SRS-06VDC-SL, pour jouer le rôle d’un interrupteur 2 voies permettant de charger le condensateur à travers une résistance R quand celui-ci est dans la première position et de décharger le condensateur dans une résistance R’ et la DEL quand il est dans la deuxième position.
Pour simuler un flash, la DEL doit éclairer pendant une courte durée. La constante de temps du circuit de décharge doit donc être petite.
On prendra :
. R= 1 kΩ, R’ = 100 Ω, C= 470 µF
. E = 5 V (Vcc Arduino)
. DEL blanche (tension de seuil = 2,5 V)
La constante de temps du circuit de décharge est alors :
τ = R C = 100 x 470.10-6 = 47 mS
5. Dipoles_RC_Phare (Code: Réaliser un flash périodique)
Dans cette activité, nous allons modifier le programme de l’activité « simulation d’un flash photographique » pour que le flash s’effectue périodiquement après avoir appuyé sur le bouton poussoir.
Pour cela, il suffit de surveiller, en boucle, la tension Uc aux bornes du condensateur de façon à alterner entre la charge et la décharge :
– Si Uc est supérieure à une valeur Uc max à définir, le condensateur est déchargé, ce qui produit un flash.
– Si Uc est inférieure à une valeur Uc min à définir, le condensateur est chargé jusqu’à Uc max, puis le condensateur est déchargé jusqu’à Uc min et ainsi de suite…
Le flash périodique est arrêté en appuyant de nouveau sur le bouton poussoir.
