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Circuit R C

Posté par
Bush
11-09-23 à 21:39

Un générateur idéal délivre une tension E0 .
Sachant que le conducteur ohmique et le condensateur sont en série, si on s'intéresse à l'energie emmagasinée  et dissipée par la résistance  pendant la charge, on peut écrire que :
    Ee=0,5 Cuc2=0,5×C×E02 (fin de la phase transitoire donc le régime permanent)et l'energie dissipée par la résistance  a  la même valeur que celle emmagasinée par le condensateur car c'est la même intensité du courant  I qui passait .
UR.I.t= Eeemmagasinée dans le condensateur . Donc si je connais l'une j'aurais l'autre.
Merci de me corriger  .

Posté par
vanoise
re : Circuit R C 11-09-23 à 22:36

Bonsoir

Citation :
l'energie dissipée par la résistance  a  la même valeur que celle emmagasinée par le condensateur car c'est la même intensité du courant  I qui passait .

Il se trouve que le résultat  que tu évoques est exact mais la justification que tu fournis est fausse. Certes, les dipôles sont à chaque instant parcourus par le même courant mais les puissances instantanées reçues sont a priori différentes car les tensions aux bornes de R et de C ne sont pas égales à chaque instant. Il n'est donc pas évident a priori que les énergies reçues soient égales. Il faut le démontrer par le calcul. Je te laisse proposer un calcul si cela est à ton programme.

Posté par
Bush
re : Circuit R C 11-09-23 à 22:42

Merci beaucoup .
Je me mets au travail.

Posté par
Bush
re : Circuit R C 11-09-23 à 23:49

Bonsoir,
Voilà comment j'ai procédé :
      Donnée : on  nous a dit que T= 10ms  est suffisamment long pour  charger complètement le condensateur donc Uc = E0( tension constante délivrée par le générateur pendant la charge  .
Donc Ee= 0.5×c×U2_c
On a C=10-5F et E0= 4V
On trouve facilement que l'énergie emmagasinée dans le condensateur Ee= 8×10-5J  le temps de la charge étant T=10ms.
Maintenant on s'intéresse à w l'énergie dissipée par le résistor  de résistance R=10 pendant T=10 ms
Par définition  w=R.I2.t
Il nous faut I  car R est donnée t=T  est donné aussi.
Puisque le générateur est idéal donc il délivre un courant I = constante = Q/T à I= (C.Uc)/T
donc  w= R.(C.Uc)2.(T/T2)= R.C2.E20.(1/T).
A.N : w= (10.10-10.16)/(10.10-3)=1.6×10-6J  
  donc 1.6 J
Donc c'est pas égale à l'énergie électrique emmagasinée dans le condensateur pendant la même période T=10ms.
Merci par avance .
Je voudrais me corriger encore.

Posté par
vanoise
re : Circuit R C 12-09-23 à 10:52

Quelques erreurs dans ton dernier message...
Première remarque : la tension Uc croit exponentiellement vers la valeur asymptotique E0. Le temps de charge est théoriquement infini. Il faut donc choisir une convention pour évaluer ce temps de façon réaliste.
Deuxièmement : tu raisonnes comme si le courant de charge était continu. Il n'en est rien ! Tu peux consulter cette fiche où tu trouveras les expressions de Uc=f(t) et de i = g(t).
Condensateurs et dipôles RC
Pour calculer l'énergie dissipée par effet Joule dans le conducteur ohmique, il faut faire un calcul intégral :

E_{J}=\int_{0}^{\infty}R.i_{(t)}^{2}.dt

Tu vas vérifier : EJ=Ee

Posté par
Bush
re : Circuit R C 12-09-23 à 11:10

Merci .
Autrement on peut procéder comme suit :
À t=0        uc=0 donc UR=E0 et à t=T=10ms i=0A le condensateur est chargé et devient isolant .
Donc  Wthermique= -Ee(emmagasinée dans le condensateur durant T=10ms.
Donc l'énergie dissipée par  le conducteur ohmique = Ee=8×10-5J.
C'est une valeur positive alors que sa variation est négative.
Merci par avance.

Posté par
vanoise
re : Circuit R C 12-09-23 à 13:33

Ton programme te demande peut-être d'admettre que l'énergie accumulée par le condensateur est égale à l'énergie dissipée par effet Joule. Si oui, mon précédent message est sans intérêt pour toi. En revanche, si la démonstration t'intéresse, il faut suivre les indications précédentes.

Posté par
Bush
re : Circuit R C 12-09-23 à 13:55

Merci.

Posté par
praf
re : Circuit R C 22-09-23 à 22:31

salut les amis
salut Vanoise
je veut seulement savoir s'il y un régime transitoire dans le régime sinusoïdale pour un circuit RC
merci.

Posté par
vanoise
re : Circuit R C 22-09-23 à 23:02

Bonsoir
Si tu relies le circuit RC à un générateur de tension sinusoïdale, à un instant de date zéro, tu obtiens la superposition du régime transitoire et du régime sinusoïdal. Comme le régime transitoire s'amortit habituellement assez vite (durée d'amortissement d'environ 5RC), on se contente souvent de la seule étude du régime sinusoïdal.

Si cela t'intéresses, tu peux essayer d'établir l'expression générale de la tension uc(t) aux bornes du condensateur. Je pourrai te fournir éventuellement une simulation informatique de la courbe correspondante.

Posté par
praf
re : Circuit R C 22-09-23 à 23:28

merci Vanoise
ce que ke veux le comprent c'est le comprtement de circuit à l'instant t=0

la tension =0
mais le courant est à sa valeur maximal
d'ou vient la puissance au circuit qui permet au courant de prent la valeur maximal sachant que le condensateur est vide a t=0

Circuit R C

Posté par
vanoise
re : Circuit R C 23-09-23 à 16:30

Attention : la date t=0 que tu as choisi pour tracer tes courbes n'est pas l'instant de fermeture du circuit mais un instant où le régime sinusoïdal est établi, c'est à dire un instant séparé de l'instant de fermeture du circuit d'une durée supérieure à 5RC de sorte que le régime transitoire est totalement amorti.
Ce que tu as tracé permet de vérifier  :

i=C\cdot\dfrac{du_c}{dt}
La tension v fournie par le générateur vérifie la loi d'addition de tension :
v=R.i+u_c
Lorsque uc=0, tu obtiens :
Ri=v 0
Il faut tenir compte du générateur dans le raisonnement !
Si tu as le temps tu peux t'intéresser aux deux courbes suivantes, l'instant t= 0 correspond maintenant à la fermeture du circuit tel que uc=0 avec v=Vm.sin(.t
avec une constante de temps =RC=10ms, la période de v(t) étant aussi égale à 10ms, avec Vm=10V.
courbe verte : v(t)
courbe rouge : uc(t)
courbe bleu : R.i=v(t)-uc(t)
Pour t>80ms, le régime transitoire est presque terminé ; on retrouve l'allure de tes courbes en remarquant bien : v(t)0 quand uc=0.
Au voisinage de t= 0, le régime transitoire intervient. Je ne développe pas sans connaître les objectifs de ton programme mais note bien (voir zoom en dessous) qu'en t=0, v, uc et i sont trois valeur nulles. La courbe rouge admet en t=0 une tangente horizontale de sorte que, en t=0 comme à chaque instant, se trouve bien vérifiée la relation classique :

i=C\cdot\dfrac{du_c}{dt}

Circuit R C

Circuit R C

Posté par
praf
re : Circuit R C 23-09-23 à 22:46

Bonsoir Vanoise;
Merci pour vos explication, ça éclaircir beaucoup d'ambiguïté sur ce sujet pour moi.
donc si je comprend bien, il y a deux phase dans un un circuit RC à régime sinusoïdal
-la phase entre la fermeture et de circuit qui correspond a l'instant t=0 et l'instant ou le régime sinusoïdal s'établi. phase qui contient un régime transitoire
-la deuxième phase correspond à l'établissement de régime sinusoïdal ou le dipole RC est une impédance de valeur

z=\sqrt{R^2+\frac{1}{C^2\omega^2}}  
et un déphase entre le courant et la tension de valeur

tan \phi =\frac{1}{RC\omega}

si tu peux Vanoise développer un peu le régime transitoire jusqu' à l'établissement de régime sinusoïdal ou indiquer à moi un document qui traite ce sujet car je suis très intéressé
ce qui j'ai comprend avant ton explication
que dés la fermeture de circuit c à d à l'instant t=0 le courant prend la valeur maximal ce qui logiquement incompatible  car u=0 et le condensateur est vide
je trouve une autre représentation graphique qui montre un décalage temporelle entre l'instant t=0 qui correspond à la fermeture de circuit et l'établissent de courent d'entrée du générateur et l'établissement de tension entre les borne de condensateur mais sans aucun détail sur cette phase

Circuit R C

Posté par
vanoise
re : Circuit R C 24-09-23 à 14:45

Pas d'accord avec ta représentation graphique en fin de précédent message mais le reste est correct. Pour être plus rigoureux, les deux régimes se superpose toujours à partir de la fermeture du circuit mais, au bout de quelques dizaines de millisecondes, le régime transitoire devient d'influence négligeable et on peut se limiter alors à l'étude du régime sinusoïdal seul mais il faut bien alors avoir en tête que l'instant initial que l'on choisit n'est pas l'instant de fermeture du circuit. Pour mieux t'aider à comprendre, je te pose les équation sans détailler tous les calculs.
Hypothèses : la fermeture de l'interrupteur correspond à l'instant initial et à un condensateur déchargé, la tension d'alimentation étant nulle.
v(t)=Vm.sin(.t)
Équation différentielle valide quel que soit t0 :

R.i+u_{c}=v

soit :

RC\cdot\frac{du_{c}}{dt}+u_{c}=V_{m}.\sin\left(\omega.t\right)\quad\forall t\geq0

On démontre en cours de math que la solution générale est la somme de deux solutions :

1° : la solution de l'équation homogène c'est à dire la solution de l'équation différentielle avec second terme nul. Voir cours sur les régimes transitoires : cette solution est :

u_{ch}=A.e^{-\frac{t}{RC}}

2° : la solution correspondant au régime sinusoïdal établi. Je ne détaille pas, voir ton cours :

u_{cac}=\frac{V_{m}}{\sqrt{1+R^{2}.C^{2}.\omega^{2}}}\cdot\sin\left(\omega.t-\varphi\right) avec : \varphi\in[0,\frac{\pi}{2}]\quad et\quad\tan\left(\varphi\right)=R.C.\omega

D'où la solution générale valide à chaque instant après fermeture du circuit :

u_{c}=A.e^{-\frac{t}{RC}}+\frac{V_{m}}{\sqrt{1+R^{2}.C^{2}.\omega^{2}}}\cdot\sin\left(\omega.t-\varphi\right)

La tension aux bornes de C est une fonction continue du temps en t=0. Cette remarque permet de trouver A :

A=\frac{-V_{m}}{\sqrt{1+R^{2}.C^{2}.\omega^{2}}}\cdot\sin\left(\varphi\right)

Finallement :

\boxed{u_{c}=\frac{V_{m}}{\sqrt{1+R^{2}.C^{2}.\omega^{2}}}\cdot\left[\sin\left(\omega.t-\varphi\right)-\sin\left(\varphi\right).e^{-\frac{t}{RC}}\right]}

On voit bien que, pour t>5RC, e^{-\frac{t}{RC}}<e^{-5}, soit : e^{-\frac{t}{RC}}\approx0. On peut, pour t>5RC, se limiter à l'étude du régime sinusoïdal.

PS : j'ai privilégié l'étude de uc plutôt que celle de l'intensité car, si, comme ici, on néglige l'inductance propre L du circuit, on ne possède aucun renseignement sur la valeur initiale de l'intensité. Si on souhaite obtenir l'intensité, il suffit d'écrire :

R.i=v-u_{c}

Posté par
praf
re : Circuit R C 25-09-23 à 21:14

Merci Vanoise pour vos explication
ça éclaircir beaucoup de chose pour moi
j'ai seulement une petite question :
je ne comprend pas la phrase

Citation :
on néglige l'inductance propre L du circuit, on ne possède aucun renseignement sur la valeur initiale de l'intensité

est ce que'on a pas
i(t=0)=0

Posté par
vanoise
re : Circuit R C 26-09-23 à 15:45

Il faut bien faire la différence entre ce qui est fondamental et toujours valide et ce qui ne dépend que des conditions particulières.
Toujours valides :
1° : un condensateur impose la continuité de la tension à ses bornes.
2° : une bobine assure la continuité de l'intensité du courant dans sa branche.
Ici, l'inductance du circuit étant négligeable, l'intensité du courant à t=0 n'est pas nécessairement nulle, elle dépend de l'instant initial, c'est à dire de l'instant où l'interrupteur du circuit est fermé. En effet, la loi d'additivité des tensions est aussi valide à t=0. Donc :
R.i(t=0)=v(t=0)-uc(t=0)

Puisque la continuité de la tension aux bornes de C impose :
uc(t=0)=0 :
R.i(t=0)=v(t=0)
Dans l'étude précédente : v(t=0)=0 ; cela conduit à une intensité initiale nulle mais on pourrait aussi imaginer de fermer l'interrupteur pour v(t=0)=Vm ce qui conduirait, dans l'étude de mon message précédent, à remplacer tous les sinus par des cosinus : v(t)=Vm.cos(.t). Dans ce cas :
R.i(t=0)=v(t=0)=Vm
Le choix de l'instant initial modifie donc le régime transitoire mais ne modifie pas le régime sinusoïdal.

Posté par
vanoise
re : Circuit R C 26-09-23 à 16:55

Voici les deux simulations la première correspondant à
v(t)=Vm.sin(.t) puis à
v(t)=Vm.cos(.t)
Pour t faible, les courbes sont très différentes, en particulier à t=0 ; pour t proche de 5=5R.C, le régime transitoire est totalement amorti et on retrouve les mêmes courbes correspondant au régime sinusoïdal.

Circuit R C

Circuit R C

Posté par
praf
re : Circuit R C 26-09-23 à 21:21

Bonsoir Vanoise,
Merci beaucoup pour vos réponses,
c'est compris maintenant
mais encore :
on a :
i=C\cdot\dfrac{du_c}{dt}

et


u_{c}=\frac{V_{m}}{\sqrt{1+R^{2}.C^{2}.\omega^{2}}}\cdot\left[\sin\left(\omega.t-\varphi\right)-\sin\left(\varphi\right).e^{-\frac{t}{RC}}\right]}

\dfrac{du_c}{dt}=A[\omega \cos(\omega t-\varphi)+\sin\left(\varphi\right)\frac{1}{RC}e^{-\frac{t}{RC}}\right]]

donc :

\dfrac{du_c}{dt}(t=0)=A[\omega \cos(\varphi)+\sin\left(\varphi\right)\frac{1}{RC}]

c à d :
i(t=0)=C.A[\omega \cos(\varphi)+\sin\left(\varphi\right)\frac{1}{RC}]

et ce que cela est compatible avec :

R.i(t=0)=v(t=0)-uc(t=0)

Posté par
vanoise
re : Circuit R C 26-09-23 à 22:31

En relisant mon message du  24-09-23 à 14:45, je viens de remarquer une étourderie de signe. Je rectifie :

A=\frac{V_{m}}{\sqrt{1+R^{2}.C^{2}.\omega^{2}}}\cdot\sin\left(\varphi\right)

\boxed{u_{c}=\frac{V_{m}}{\sqrt{1+R^{2}.C^{2}.\omega^{2}}}\cdot\left[\sin\left(\omega.t-\varphi\right)+\sin\left(\varphi\right).e^{-\frac{t}{RC}}\right]}
Dans ces conditions, ton calcul conduit à :

i_{(t=0)}=\frac{C.V_{m}}{\sqrt{1+R^{2}.C^{2}.\omega^{2}}}\cdot\left[\omega.\cos\left(\varphi\right)-\frac{1}{R.C}\cdot\sin\left(\varphi\right)\right]
Cela conduit bien à une intensité initiale nulle compte tenu de la valeur de tan() obtenue précédemment.

Posté par
praf
re : Circuit R C 28-09-23 à 12:17

Maintenant c'est clair;
merci beaucoup Vanoise.



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