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Oscillations électriques forcées
Résonance d'intensité

Position du problème:
Il est possible d'obtenir des oscillations électriques libres en mettant en série un condensateur de capacité C, préalablement chargé et une bobine d'inductance L.
En présence du phénomènes dissipatifs d'énergie, les oscillations s'amortissent et selon l'importance de l'amortissement on obtient plusieurs régimes de décharges.
Pour éviter la diminution de l'énergie, on peut à l'aide d'un dispositif approprié fournir
à chaque instant à l'oscillateur une énergie égale à celle qu'il a perdue à cause de l'amortissement, cela demande une intervention de l'extérieur: les oscillations ne sont plus libres, elles sont entretenues (ou forcées).
Il est intéressant d'étudier expérimentalement les oscillations forcées d'un oscillateur électrique.
But:
On se propose dans cette fiche d'étudier la réponse d'un oscillateur électrique à une excitation sinusoïdale délivrée par un générateur basse fréquence.
Matériel:
-Un générateur de basse fréquence GBF.
-Une bobine d'inductance L=1,1H et de résistance interne r=16fichph403.gif (883 octets).
-Un condensateur de capacité C=0,05µF.
-Un résistor de résistance variable (boite AOIP).
-Un ampèremètre.
-Un voltmètre.
-Un oscillographe bicourbe.
-Fils conducteurs.

Le matériel utilisé dans l'étude des oscillations électriques forcées.

invis.jpg (808 octets)
invis.jpg (808 octets)
1)Première partie:Observations d'oscillations forcées.
a-Réaliser le circuit RLC série formé d'un résistor de résistance R variable (boite AOIP) d'une self d'inductance L=1,1H et de résistance interne r=16fichph403.gif (883 octets) et d'un condensateur de capacité C=0,05µF.
b-Afficher R=1Kfichph403.gif (883 octets) et appliquer aux bornes de tout le circuit RLC une tension excitatrice sinusoïdale   u(t) de valeur efficace U=2V et de fréquence N=500Hz.
c-Injecter la tension u(t) à l'entrée du canal A de l'oscillographe et la tension uR(t)
aux bornes de la résistance R à l'entrée du canal B.
d-Qu'observe-t-on sur l'écran de l'oscillographe?
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e-Comparer ces deux courbes (amplitudes, périodes et déphasage).
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f-Maintenir R et U constants et varier la fréquence excitatrice N. Observer.
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2)Deuxième partie: Impédance du circuit.
a-Ajouter au montage précédent un ampèremètre donnant la valeur de l'intensité efficace I du courant  et un voltmètre permettant de mesurer la tension efficace U aux bornes du générateur.
b-Maintenir la fréquence N constante N=500Hz. Varier la valeur de la tension U et noter l'intensité efficace I. Compléter le tableau suivant:
U(V)              
I(A)              

*Tracer la courbe U=f(I) à N=Cte=500Hz.
*Quelle est la forme de la courbe obtenue?
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*Déterminer le paramètre caractérisant la courbe obtenue et préciser son unité.
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*Que représente-t-il pour le circuit?
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3)Troisième partie:Résonance d'intensité.
a-Maintenir U constante U=2V. Varier la fréquence N. Observer les variations de I sur l'ampèremètre et le déphasage entre u(t) et uR(t) sur l'oscillographe.
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b-Pour quelle valeur de la fréquence N, l'intensité du courant passe-t-elle par un maximum?
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Comparer cette valeur de N avec N0 la fréquence propre de l'oscillateur.
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Déterminer, dans ces conditions, le déphasage entre u(t) et uR(t).
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Qu'appelle-ton le phénomène obtenu?
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c-Pour N=N0 brancher successivement le voltmètre aux bornes de la bobine et du condensateur. Comparer ces tensions à celle aux bornes du générateur, interpréter
et conclure.
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Qu'appelle-t-on ce phénomène?
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4)Quatrième partie:Courbes de résonance.
a-Reprendre l'expérience précédente. Compléter le tableau suivant pour différentes valeurs de R.

 

N(Hz)                
R=1Kfichph403.gif (883 octets) I(A)                
R=3Kfichph403.gif (883 octets) I(A)                

b-Tracer les courbes I=f(N) pour différentes de R. Observer, comparer et conclure.
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c-Retrouver la valeur de N0.
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d-Quel est l'influence de l'amortissement sur la réponse de l'oscillateur électrique?
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