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Niveau maths sup
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Bilan énergétique circuit RL

Posté par
MarvinSith
29-10-09 à 16:26

Le schéma se trouve en dessous (fait à la main sur Paint!) Io étant un générateur de courant idéal , R une résistance quelconque et L une bobine idéal.

A t=0 , l'interrupteur se ferme (sachant que la bobine est complètement déchargé) donc j'ai trouvé que i2(t) = Io(1-e-t/)

Avec = L/R

Après on me demande de faire la différence d'énergie EL entre l'instant t=0 et t=+

Mais le problème c'est le générateur de Norton car je préfère Thévenin et si je le transforme j'aurais io = I1+I2 , le truc pas très pratique je pense ^^' donc je me lance je pose :

E = UR + UL
Ei = URi + ULi
...
Mais la quand je pose i , est-ce que c'est io? i2? ou i = i1+i2? Et la je m'embrouille totalement, j'ai continué sans me soucier de ce détail et à la fin je trouve d((1/2)Li²) = (1/2)Li²

On ma demandé juste avant de calculer lim i2(t) quand t + et je trouve Io (avec l'expression) mais la je ne l'ai pas utilisé dans l'exercice et je suis sûr qu'il faut le placer au niveau de l'intégrale

Peut-être que mon problème est confus mais je suis à disposition pour vos questions/réponses

Marvinsith

Bilan énergétique circuit RL

Posté par
donaldos
re : Bilan énergétique circuit RL 29-10-09 à 17:39

C'est quoi "EL"?

L'énergie emmagasinée par la bobine ne dépend que du courant la traversant.

Posté par
MarvinSith
re : Bilan énergétique circuit RL 29-10-09 à 20:25

EL c'est l'énergie de la bobine et vaut (1/2)Li²

Mais sur le schéma c'est i2 donc sur le bilan énergétique faut que j'ai du i2 ou i?

Posté par
donaldos
re : Bilan énergétique circuit RL 29-10-09 à 20:29

Je ne sais pas ce que désigne i mais c'est i_2 qui traverse la bobine, c'est donc i_2 qui doit apparaître dans l'expression de l'énergie.

Posté par
MarvinSith
re : Bilan énergétique circuit RL 29-10-09 à 21:13

i = io = i1+i2

Mais si je dois apparaître i2 dans l'énergie de la bobine , je dois tout multiplier par i2 dans E = Ur + UL ?

Posté par
donaldos
re : Bilan énergétique circuit RL 29-10-09 à 21:17

Quel est l'intérêt de calculer ce E et à quoi correspond-il physiquement?

Posté par
MarvinSith
re : Bilan énergétique circuit RL 29-10-09 à 21:55

Bah on me le demande dans mon sujet

"Calculer  la différence d'énergie EL entre l'instant t=0 et t="

Donc je pose le bilan énergétique

Et EL représente physiquement , l'énergie emmagasinée par la bobine

Posté par
donaldos
re : Bilan énergétique circuit RL 29-10-09 à 22:10

Je parlais de "E=Ur+UL" cette fois-ci, pas de EL

Posté par
MarvinSith
re : Bilan énergétique circuit RL 30-10-09 à 10:29

Bah la bobine est en charge, donc une énergie E est libérée avec E = R x Io par le générateur Norton

Posté par
donaldos
re : Bilan énergétique circuit RL 30-10-09 à 11:24

D'accord,  tu m'as officiellement perdu avec tes notations.

Ce qui est sûr, c'est que tu as la bonne expression pour l'énergie stockée dans la bobine  donc je suppose que le reste n'est pas trop important.

Posté par
MarvinSith
re : Bilan énergétique circuit RL 30-10-09 à 11:26

Bah j'ai la bonne expression sauf que j'ai du i dans mon intégrale, il faut pas du i2 normalement?

Posté par
donaldos
re : Bilan énergétique circuit RL 30-10-09 à 11:34

Si bien sûr, sauf que \lim\limits_{t\rightarrow +\infty} i_2(t) = I_O et \lim\limits_{t\rightarrow +\infty} i_1(t) = O(la bobine court-circuite la résistance une fois le régime permanent établi)).

Selon la façon dont tu as établi l'expression, le résultat n'est pas incohérent.

Posté par
MarvinSith
re : Bilan énergétique circuit RL 30-10-09 à 12:22

Et pour l'énergie du générateur à courant idéal , je trouve Li² et j'en déduis que la résistance libère une énergie de (1/2)Li² , est-ce bien ça?

Posté par
donaldos
re : Bilan énergétique circuit RL 30-10-09 à 12:48

Non, la résistance ne stocke ni ne libère d'énergie. De par sa nature, elle ne peut que la dissiper .

Après un  temps suffisamment long, tout se passe comme s'il n'y avait pas résistance et comme si la bobine était un fil:

-La différence de potentiel aux bornes de la source est nulle tandis que le courant débité est constant : la puissance délivrée par le générateur est nulle.

-Aucun courant ne traverse la résistance.

-Il existe une énergie \frac 1 2 LI_0^2 stockée dans la bobine.

On se trouve dans un état d'équilibre, il n'y a plus d'échanges d'énergie.

Posté par
MarvinSith
re : Bilan énergétique circuit RL 30-10-09 à 15:15

Pardon , je ne voulais pas dire libère mais "dissipe" dans la résistance. Sinon j'ai encore des questions :

- Analytiquement , comment on peut démontrer que la puissance délivrée par le générateur est nulle?

- Vous avez dit "Aucun courant ne traverse la résistance" , c'est du fait que i2(t) = Io quand t+?

- La bobine stocke une énergie (1/2)Li² mais d'où vient cette énergie stockée? Du générateur? Si oui, il existe une énergie fournie par ce générateur?

Posté par
donaldos
re : Bilan énergétique circuit RL 30-10-09 à 16:32

-On peut toujours se ramener à l'expression de la puissance aux bornes d'un dipôle:

\mathcal{P}=u.i

Sachant que tous les éléments sont en parallèle et qu'ils sont donc soumis à la même tension u(t) qui tend vers 0 quand t tend vers l'infini, on a nécessairement \mathcal{P}\rightarrow 0.

-Lorsque je dis qu'aucun courant ne traverse la résistance, c'est effectivement le comportement limite lorsque t\rightarrow+\infty. En pratique, ce régime permanent est atteint de façon quasi-instantanée.

-L'énergie stockée par la bobine provient effectivement du générateur. Pour obtenir l'énergie fournie par le générateur, il faut intégrer la puissance délivrée:

\left\{\begin{array}{rcl}i(t)&=&I_0\\u(t)&=&RI_0 e^{-t/\tau}\end{array}\right.

l'énergie totale délivrée par la source de courant vaut donc par:

\Bigint\limits_0^{+\infty} u(t)i(t){\rm d}t=LI_0^2

Posté par
MarvinSith
re : Bilan énergétique circuit RL 30-10-09 à 16:45

Je ne vois pas pourquoi on parle de puissance alors qu'on cherche une énergie

Posté par
MarvinSith
re : Bilan énergétique circuit RL 30-10-09 à 16:48

Oups excusez moi pour cette réponse j'ai rien dit! Je m'embrouille ...

Donc si je veux calculer l'énergie délivré par le générateur entre t=0 et t=+ avec une intégrale, comment fait-on? Car la je ne vois pas...

Posté par
donaldos
re : Bilan énergétique circuit RL 30-10-09 à 16:56

Quelle différence? d'autant plus que c'est bien l'expression de l'énergie qu'on obtient au final...

Il va falloir travailler tout ça...

La puissance est instantanée. Les valeurs des grandeurs calculées (tension et courant) sont également instantanées.

L'énergie se calcule sur un intervalle de temps.

A moins de connaître l'expression générale de l'énergie pour un composant donné (comme c'est le cas pour la bobine), il faut bien repasser par l'expression de la puissance.

Posté par
donaldos
re : Bilan énergétique circuit RL 30-10-09 à 16:58

Tu réponds plus vite que ton ombre ^^

Le calcul de l'énergie délivrée par le générateur, je te l'ai indiqué ci-dessus!

Posté par
MarvinSith
re : Bilan énergétique circuit RL 30-10-09 à 17:07

Pardon ^^ je lis et écris trop vite è_é

Donc c'est bien ce que j'avais trouvé :

- L'énergie fournie par le générateur est LI0²

- L'énergie dissipé (j'avais dit fournie avant donc c'était mal exprimé je pense , j'ai compris la différence) par la résistance est la moitié de l'énergie fournie par le générateur (effet Joule)

- L'autre moitié est stocké par la bobine

Est-ce bien ça?

Sinon je commence à mieux comprendre au niveau de mon problème d'intensité (i1 , i2 et i0) grâce à vos explications

PS : Est-ce qu'on peut éditer ces anciens messages pour éviter le "flood"?

Posté par
donaldos
re : Bilan énergétique circuit RL 30-10-09 à 17:16

C'est exactement ça.

(Et non : a priori pas moyen de revenir sur les anciens messages )

Posté par
MarvinSith
re : Bilan énergétique circuit RL 30-10-09 à 17:23

Ok bah merci beaucoup pour votre attention ! Bonne fin de semaine ^^

Posté par
ThierryMasula
re : Bilan énergétique circuit RL 30-10-09 à 19:49

Bonsoir,

Le problème 'dual' est lui-aussi intéressant. On remplace la source de courant par une source de tension U0, la résistance R est mise en série et l'élément de stockage est une capacité C.



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