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Niveau maths spé
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Composants électriques

Posté par
Alcinooe
23-05-19 à 15:49

Bonjour,

je dois rendre un devoir bientôt, et j'aurais aimé vérifier mes résultats et ma démarche pour un exercice;
Voici l'énoncé :

1 ) à partir de dimensions géométriques à expliciter sur un schéma, proposer des modèles simples pour exprimer :
a)*la résistance R d'un conducteur ohmique cylindrique,
b)*l'inductance L d'une bobine cylindrique,
c)* la capacité C d'un condensateur cylindrique.

Les hypothèses et les calculs utilisés doivent être précisés ; les dimensions géométriques des composants doivent correspondre à une utilisation crédible en Travaux pratiques.

2 ) Quelles sont les valeurs théoriques de la fréquence propre et du facteur de qualité d'un circuit RLC série, construit avec les composants de cet exercice ? Et pour un circuit composé d'une résistance en série avec un assemblage parallèle formé d'un condensateur et d'une bobine ? commenter.

Réponse à la question 1) a):

Soit un conducteur ohmique cylindrique, de longueur L et de section S, γ la conductivité en siemens par mètre (S/m);
onsait que U=RI (loi d'ohm) donc R=U/I, on cherche U = V2-V1, les tensions aux extrémités du conducteur.
or E=-grad(V), d'où :  V_2-V_1 = \int_{2}^{1}{E. dr} = E.L I = \int J.dS= \int_{S}^{ }{\gamma.E.dS} = \gamma ES (loi d'ohm locale) d'où R=U/I = EL/ES\gamma = L/S.\gamma
   (en coordonnées cylindriques)

Soit pour une résistance de TP :
L=0.5 cm = 0.5.10-² m
S=1mm² = 1.10^-6 m²
γ  = 6.10^7 S/m

R = \frac{0.5.10^{-2}}{1.10^{-6}*\gamma } = 8.3^-5  en ohms
cela me semble bien trop petit


Merci par avance,

Composants électriques

Posté par
Alcinooe
re : Composants électriques 23-05-19 à 16:06

1)b)
flux = L.I = (inductance*i) =\int \int B.dS = Bint.S = (\mu *\frac{N}{L}I.S)*N = \mu.\frac{N²}{L}.S.I (B se démontre avec ampère)

en TP : N=10^3 spires
l=10cm
S=20 cm²

L=\frac{4 \pi 10^{-7}.10^{6}.20.10^{-4} }{0.1} = 25 mH cohérent

Hypothèses : on néglige la résistance, et l'effet de condensation dans la bobine.

Posté par
sanantonio312
re : Composants électriques 23-05-19 à 16:10

Bonjour,
Environ 0,2 pour 1 m de conducteur, ça ne me paraît pas faible.
Ça ne génère que de la perte...

Posté par
sanantonio312
re : Composants électriques 23-05-19 à 16:15

6.107S/m, c'est du cuivre...

Posté par
Alcinooe
re : Composants électriques 23-05-19 à 16:17

Il me semblait que l'ordre de grandeur d'une résistance était entre 1ohm et 1 Méga ohm ?
en TP, nous utilisons de petits dipôles, avec à peu près les grandeurs que j'ai utilisés, et pourtant elle ont une résistance d'à peu près 1k ohm ?

en tout cas merci pour votre retour,

Posté par
Alcinooe
re : Composants électriques 23-05-19 à 16:18

Les résistances ne sont pas en cuivre ?

Posté par
Alcinooe
re : Composants électriques 23-05-19 à 16:22

question bête...évidemment elles ne sont pas en cuire

Posté par
sanantonio312
re : Composants électriques 23-05-19 à 16:37

En effet, c'est plutôt du carbone sur de la céramique.
Y'a un Wikipedia assez complet sur la question

Posté par
Alcinooe
re : Composants électriques 23-05-19 à 16:59

1)c)
on sait que Q=CU donc C= Q/U
on applique le théorème de  Gauss, on obtient : C = \frac{2 \pi \epsilon }{\ln(R1/R2)}h

avec h la hauteur du cylidre

en TP :  R2-R1=0.1 mm
h = 1cm
S=1cm²= 1.10^-4 m
\epsilon = 9.10^-12 F/m

d'où C=\frac{ 2 \pi 9.10^{-12}}{\ln(R1/R2)} 10^{-2}  \sim \varepsilon \frac{S}{e} =  9pF cohérent

Hypothèse :  pas d'isolant, seulement de l'air

Composants électriques

Posté par
Alcinooe
re : Composants électriques 23-05-19 à 17:00

D'accord merci, j'irai voir

Posté par
Alcinooe
re : Composants électriques 23-05-19 à 18:13

2) circuit RLC série :
je trouve :
U''+\frac{R}{L}u'+\frac{U}{LC} = Cste
en identifiant w et Q :

f_0 = \frac{1}{2 \pi \sqrt{LC}}
Q= \frac{Lw}{R}


Question : faut-il obligatoirement calculer le signe du déterminant et résoudre avant d'identifier ?

Posté par
Alcinooe
re : Composants électriques 23-05-19 à 18:15

2) RLC parallèle :

U''+\frac{R}{C}U'+\frac{U}{LC}=cste

donc :

w=\frac{1}{\sqrt{LC}}

Q=R \sqrt {\frac{C}{L}}

Posté par
Alcinooe
re : Composants électriques 23-05-19 à 18:33

non en fait Q= C*w/R


RLC série :
f = 3,35.10^5 Hz
w=2,1.10^6 rad/s
Q=2,6.10^6

Parallèle : même f et w, Q= 9,45.10^-4

commentaire : le facteur de qualité est meilleur sur le deuxième  circuit ?



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