Charge et décharge de condensateur : Expérience pratique de circuit RC

Matériel Nécessaire pour l'Expérience de Charge et Décharge de Condensateur

Pour réaliser l'expérience, rassemblez les éléments suivants :

• Pile 6 V
• Deux condensateurs électrolytiques, 1 000 µF minimum (ex. Radio Shack #272-1019, 272-1032 ou équivalent)
• Deux résistances 1 kΩ
• Un interrupteur unipolaire (SPST) (un interrupteur domestique convient)

De grandes valeurs de capacité sont essentielles pour obtenir des constantes de temps assez longues pour une mesure précise avec un voltmètre et un chronomètre.

Comme la plupart des condensateurs à ces valeurs sont électrolytiques, ils sont sensibles à la polarité. La borne négative est généralement marquée d'un trait ou d'une série de traits pointant vers elle ; la borne positive peut porter un signe +. Brancher un condensateur à l'envers provoquera presque certainement sa défaillance, même à 6 V. Les condensateurs électrolytiques défaillants peuvent exploser, libérant des produits chimiques caustiques et dégageant une odeur nauséabonde. Faites preuve de prudence.

Note de sécurité : En cas de doute sur les marquages de polarité, consultez la fiche technique ou un instructeur qualifié.

Ressources Connexes

• Lessons In Electric Circuits, Volume 1, Chapitre 13 : « Condensateurs »
• Lessons In Electric Circuits, Volume 1, Chapitre 16 : « Constantes de temps RC et L/R »

Objectifs d'Apprentissage

Après avoir terminé ce labo, vous devriez être capable de :

• Décrire le comportement de charge d'un condensateur dans un circuit RC.
• Décrire le comportement de décharge.
• Calculer la constante de temps τ = RC.
• Expliquer comment les connexions en série et en parallèle modifient la capacitance totale.

Schéma du Circuit de Charge et Décharge

Configuration de l'Expérience

Procédure

Mesure de la Tension pendant la Charge

Assemblez le circuit de charge et fermez l'interrupteur. Utilisez un voltmètre pour enregistrer la tension aux bornes du condensateur au fil du temps. Remarquez la montée exponentielle progressive plutôt qu'un saut brutal.

Pour réinitialiser le condensateur à zéro volt, court-circuitez ses bornes avec un morceau de fil.

La constante de temps τ d'un circuit RC est le produit de la résistance et de la capacitance. Pour une résistance de 1 kΩ et un condensateur de 1 000 µF, τ = 1 s. C'est le temps nécessaire pour que la tension du condensateur atteigne environ 63,2 % de la tension de la pile.

Tracer la tension en fonction du temps sur du papier millimétré révèle la courbe exponentielle inverse caractéristique. Une constante de temps d'une seconde offre une résolution limitée, nous pouvons donc ralentir délibérément le circuit.

Modification de la Constante de Temps

Augmentez τ en ajustant :

• la résistance totale (ex. en utilisant plus de résistances en série), ou
• la capacitance totale (ex. en utilisant des condensateurs en série ou en parallèle).

Expérimentez avec diverses combinaisons en série et en parallèle des deux résistances et des deux condensateurs pour trouver la configuration qui donne la courbe de charge la plus lente.

Rappelez-vous : lors de la connexion des condensateurs, assurez-vous que les bornes négatives sont orientées vers la borne négative de la pile.

Le circuit de décharge se comporte de manière similaire, mais la tension commence au niveau de la pile et décroît lentement une fois l'interrupteur ouvert. Répétez les expériences avec différents arrangements de résistances et de condensateurs, en respectant toujours la polarité.

Simulation Informatique

Schéma SPICE avec numéros de nœuds :

Netlist (copiez le texte suivant dans un fichier texte brut nommé rc.cir) :

 Circuit de charge de condensateur
v1 1 0 dc 6
r1 1 2 1k
c1 2 0 1000u
.ic 0
.tran 0.1 5
.uic
.plot tran v(2,0)
.end

Fiches de Travail

• Fiche de calcul de la constante de temps
• Fiche de travail sur les condensateurs