Chargement et déchargement du condensateur

Pièces et matériaux d'expérimentation de charge et de décharge de condensateur

Pour réaliser cette expérience, vous aurez besoin des éléments suivants :

• Batterie 6 volts
• Deux gros condensateurs électrolytiques, 1000 µF minimum (catalogue Radio Shack n° 272-1019, 272-1032, ou équivalent)
• Deux résistances de 1 kΩ
• Un interrupteur à bascule, SPST ("Single-Pole, Single-Throw")

Des condensateurs de grande valeur sont nécessaires pour cette expérience afin de produire des constantes de temps suffisamment lentes pour être suivies avec un voltmètre et un chronomètre.

Soyez averti que la plupart des gros condensateurs sont de type « électrolytique » et qu'ils sont sensibles à la polarité ! Une borne de chaque condensateur doit être marquée d'un signe de polarité défini.

Habituellement, les condensateurs de la taille spécifiée ont un marquage négatif (-) ou une série de marquages ​​négatifs pointant vers la borne négative.

Les très gros condensateurs sont souvent marqués par une polarité positive (+) à côté d'une borne.

Le non-respect de la polarité appropriée entraînera presque sûrement une défaillance du condensateur, même avec une tension de source aussi basse que 6 volts.

Lorsque les condensateurs électrolytiques tombent en panne, ils explosent généralement , crachant des produits chimiques caustiques et émettant des odeurs nauséabondes. S'il vous plaît, essayez d'éviter cela !

Je recommande un interrupteur d'éclairage domestique pour le « interrupteur à bascule SPST » spécifié dans la liste des pièces.

REFERENCES CROISEES

• Leçons En Circuits Électriques , Tome 1, chapitre 13 :« Condensateurs »
• Leçons En Circuits Électriques , Volume 1, chapitre 16 :« Constantes de temps RC et L/R »

OBJECTIFS D'APPRENTISSAGE

Dans cette expérience, nous tenterons d'apprendre les concepts suivants :

• Action de charge de condensateur
• Action de décharge de condensateur
• Calcul de constante de temps
• Capacité série et parallèle

Schéma schématique du circuit de charge et de décharge

Illustration de l'expérience

Instructions d'expérimentation

Mesure de la tension de votre circuit

Construisez le circuit de « charge » et mesurez la tension aux bornes du condensateur lorsque l'interrupteur est fermé.

Remarquez comment il augmente lentement au fil du temps, plutôt que soudainement comme ce serait le cas avec une résistance.

Vous pouvez « réinitialiser » le condensateur à une tension de zéro en court-circuitant ses bornes avec un morceau de fil.

La "constante de temps" (τ) d'un circuit résistance-condensateur est calculée en prenant la résistance du circuit et en la multipliant par la capacité du circuit.

Pour une résistance de 1 kΩ et un condensateur de 1000 µF, la constante de temps doit être de 1 seconde. C'est le temps qu'il faut pour que la tension du condensateur augmente d'environ 63,2 % de sa valeur actuelle à sa valeur finale :la tension de la batterie.

Il est éducatif de tracer la tension d'un condensateur de charge au fil du temps sur une feuille de papier millimétré, pour voir comment la courbe exponentielle inverse se développe.

Pour tracer l'action de ce circuit, cependant, nous devons trouver un moyen de le ralentir. Une constante de temps d'une seconde ne donne pas beaucoup de temps pour prendre des lectures de voltmètre !

Modification de la constante de temps d'un circuit

Nous pouvons augmenter la constante de temps de ce circuit de deux manières différentes :

• Modification de la résistance totale du circuit, et/ou
• Modification de la capacité totale du circuit.

Étant donné une paire de résistances identiques et une paire de condensateurs identiques, expérimentez différentes combinaisons en série et en parallèle pour obtenir l'action de charge la plus lente.

Vous devriez déjà savoir comment plusieurs résistances doivent être connectées pour former une plus grande résistance totale, mais qu'en est-il des condensateurs ?

Ce circuit vous montrera comment la capacité change avec les connexions de condensateurs en série et en parallèle.

Assurez-vous simplement d'insérer le ou les condensateurs dans le bon sens :avec les extrémités étiquetées négatives (-) électriquement « les plus proches » de la borne négative de la batterie !

Le circuit de décharge fournit le même type de changement de tension du condensateur, sauf que cette fois, la tension passe à la pleine tension de la batterie lorsque l'interrupteur se ferme et diminue lentement lorsque l'interrupteur est ouvert.

Expérimentez à nouveau avec différentes combinaisons de résistances et de condensateurs, en vous assurant comme toujours que la polarité du condensateur est correcte.

Simulation informatique

Schéma avec les numéros de nœud SPICE :

Netlist (créer un fichier texte contenant le texte suivant, textuellement) :

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 CONNEXES :

• Feuille de travail sur les calculs des constantes de temps
• Fiche de travail sur les condensateurs