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Niveau maths sup
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Régime variable

Posté par
Kekeee
31-12-20 à 10:17

Bonjour, j'avais plutôt compris avec les régimes stationnaires mais j'ai un peu de mal avec les régimes variables, et ceci dès la première question...
Voici le sujet:
« Une lampe à décharge, dont la tension entre ses bornes est notée ud(t), possède les caractéristiques suivantes :
- Si la lampe est éteinte, elle se comporte comme une résistance infinie et reste éteinte tant que |ud(t)|<Ua. La tension Ua est la tension d'allumage.
- Si la lampe est allumée, elle se comporte comme une résistance de valeur Rdet reste allumée tant que |ud(t)|>Ue. La tension Ue est la tension d'extinction et Ue<Ua.

(Voir image circuit ci-dessous)

Q1. Tracer la caractéristique de l'intensité id fonction de la tension udde la lampe à décharge lors d'une phase de charge allant de ud= 0 à ud=Umax avec Umax>Ua. Tracer ensuite la même caractéristique pour une phase de décharge allant de ud=Umax à ud= 0.

Pour t<0 le condensateur est déchargé et l'interrupteur est ouvert. À t=0 on ferme ce dernier.
Q2. Quel est alors l'état de la lampe? Représenter le schéma du circuit étudié dans cette phase.

Q3. Déterminer, en utilisant le comportement en régime permanent du condensateur, la valeur finale atteinte par ud.

Q4. Établir l'équation différentielle vérifiée par ud(t). La résoudre.

Q5. Donner une condition sur la f.e.m. E pour que la lampe s'allume. Si cette condition est vérifiée, exprimer le temps d'allumage Ta.

On s'intéresse maintenant à ce qu'il se passe lorsque la lampe est allumée.
Q6. Représenter le circuit dans ce cas et y introduire les grandeurs électriques nécessaires.

Q7. Déterminer, en utilisant le comportement en régime permanent du condensateur, la valeur finale atteinte par ud

Q8. Établir l'équation différentielle vérifie ud(t) pour t>Ta. La résoudre (On fera attention au fait qu'ici l'instant initial correspond à l'instant Ta.

Q9. Sous quelle condition la lampe peut-elle s'éteindre ? »

Merci pour votre aide

Kekeee

Posté par
Kekeee
re : Régime variable 31-12-20 à 10:24

Régime variable

Posté par
gts2
re : Régime variable 31-12-20 à 11:29

Bonjour,

Q1 n'est pas un problème de régime variable, mais de traduction d'un texte en courbe :
Il faut tracer id(ud) sachant que :
- Si la lampe est éteinte, elle se comporte comme une résistance infinie et reste éteinte tant que |ud(t)|<Ua.
-  Si la lampe est allumée, elle se comporte comme une résistance de valeur R

Puis retour
- ... elle se comporte comme une résistance de valeur Rd ... tant que |ud(t)|>Ue

Posté par
Kekeee
re : Régime variable 03-01-21 à 14:15

Bonjour gts2 merci pour votre réponse et veuillez m'excuser pour ma réponse tardive.

Ok mais je ne vois toujours pas comment le traduire en courbe... j'ai un peu de mal.  

Posté par
gts2
re : Régime variable 03-01-21 à 14:39

Partie 1  : elle se comporte comme une résistance infinie et reste éteinte tant que |ud(t)|<Ua.  
donc : ud varie de 0 à +Ua et i vaut (résistance infinie) ?

Partie 2 : elle se comporte comme une résistance de valeur R tant que |ud(t)|>Ue
donc : ud varie de Ue à l'infini i= ?

Posté par
Kekeee
re : Régime variable 03-01-21 à 14:57

Partie 1:
Avec une résistance infini i vaut 0

Partie 2:
I=ud/Re

A t'on ce genre de graphique du coup?

Régime variable

Régime variable

Posté par
Kekeee
re : Régime variable 03-01-21 à 15:01

Je crois que ce sont plutôt des droites non?

Posté par
gts2
re : Régime variable 03-01-21 à 15:02

Citation :
Partie 1 : Avec une résistance infini i vaut 0

C'est bien cela, mais où voyez-vous une branche i=0 sur vos graphes ?

Citation :
Partie 2 : I=ud/Re

C'est bien cela, et c'est l'équation d'une droite passant par (0,0), où voyez-vous une telle droite  sur vos graphes ?

De plus sur les graphes devrait apparaitre les limites Ua et Ue.

Posté par
gts2
re : Régime variable 03-01-21 à 15:03

Vous vous êtes rendu compte du problème vous-même, donc c'est bon signe, donc le bon graphe est ?

Posté par
Kekeee
re : Régime variable 03-01-21 à 15:30

Je ne suis pas sûr mais:

Posté par
Kekeee
re : Régime variable 03-01-21 à 15:31

Voilà

Régime variable

Posté par
Kekeee
re : Régime variable 03-01-21 à 15:32

Non c'est encore faux mais je ne vois pas comment faire...

Posté par
gts2
re : Régime variable 03-01-21 à 15:36

C'est mieux : on a le segment de droite id=0 de ud=0 à ud=Ua.

Il s'agit maintenant de tracer le segment de droite, id=ud/Re, de ud=Ue à ud=Umax.

Posté par
Kekeee
re : Régime variable 03-01-21 à 15:40

Il faut tout tracer sur le même graphique? Je veux dire, mon 2ème graphique (décharge) est faux?

Posté par
gts2
re : Régime variable 03-01-21 à 15:42

Pour se simplifier la  vie et en vue des questions suivantes, il vaut mieux n'avoir qu'un seul graphique.
Mais je ne comprends pas votre problème : tracer une droite (plus exactement un segment) y=ax, vous devez savoir faire cela depuis le collège.

Posté par
Kekeee
re : Régime variable 03-01-21 à 15:49

Je ne vois pas quelle allure doit avoir cette droite...

Posté par
Kekeee
re : Régime variable 03-01-21 à 15:55

Peut-être ainsi, mais j'en doute fortement

Régime variable

Posté par
gts2
re : Régime variable 03-01-21 à 15:59

On se rapproche :

La courbe i=0 n'est vrai que de 0 à Ua, donc la branche horizontale rouge au-delà de Ua n'a pas de sens.
Ce n'est pas indiqué explicitement dans le texte, mais Ue>0
Une droite i=u/RT a une pente positive, votre droite verte a une pente négative.
Ce segment de droite doit aller de Ue à Umax    

Posté par
Kekeee
re : Régime variable 03-01-21 à 16:05

Ok mais vous m'avez dit que ma droite d'équation i=u/RT devait passer par (0,0) donc si on la trace de Ue>0 à Umax>Ue elle ne peut pas passer par (0,0) non?

Posté par
gts2
re : Régime variable 03-01-21 à 16:10

Faites-le en deux fois :
- tracez une droite de pente positive passant en (0,0), c'est la traduction de i=u/R ( disons en pointillé).
- puis ne retenez que le segment de cette droite qui va de Ue à Umax, c'est la traduction de Ue est la tension d'extinction et de u maxi = Umax  

Posté par
Kekeee
re : Régime variable 03-01-21 à 16:35

Quelque chose comme ça?

Régime variable

Posté par
gts2
re : Régime variable 03-01-21 à 16:44

Ce coup-ci, c'est bon.
Mettez les deux sur le même graphe.

Il faut maintenant le faire fonctionner : le point de fonctionnement ne peut être que sur l'un des deux segments (éteint ou allumé).

Supposez que vous partiez de u=0 et que vous augmentiez u, vous restez sur la courbe éteinte jusqu'à u=Ua et si vous dépassez Ua, vous sautez sur la courbe allumée.
Et réciproquement quand partant de Umax, vous diminuez u.

Posté par
Kekeee
re : Régime variable 03-01-21 à 17:56

Voici les deux courbes sur le même schéma:
Vos explications sont très claires merci, elles concernent la question 3?
Par contre je n'ai pas très bien compris ce que vous appelez point de fonctionnement?

Régime variable

Posté par
Kekeee
re : Régime variable 03-01-21 à 17:56

La question 2* pardon?

Posté par
gts2
re : Régime variable 03-01-21 à 18:03

Vous avez bien compris.
Le point de fonctionnement, c'est simplement le couple (u,i) à un instant donné.

Votre graphe va servir pour Q2 et Q3, comme support de raisonnement.

Posté par
Kekeee
re : Régime variable 03-01-21 à 18:14

C'est grâce à vos explications

Alors pour la Q2: à t=0 la lampe est allumée, et a une tension à ses bornes égale à ud(0)>Ue. (Je ne sais pas si on peut aussi dire que ud(0)>Ua).

Elle correspond ainsi à une résistance de valeur Rd.

Et voici le circuit à étudier dans cette phase

Posté par
Kekeee
re : Régime variable 03-01-21 à 18:17

Schéma circuit

Régime variable

Posté par
Kekeee
re : Régime variable 03-01-21 à 18:29

Non je me suis trompé à t=0 la lampe n'est pas allumée, mais alors je ne vois pas ce qui se passe...

Posté par
gts2
re : Régime variable 03-01-21 à 18:35

C'est bien cela, la lampe n'est pas allumée, donc id=0 (ou Rlampe infinie si vous préférez), vous avez un simple circuit ERC.

Posté par
gts2
re : Régime variable 03-01-21 à 18:37

Remarque : attention dans Q3 Q4 on continue à considérer que la lampe est éteinte.

Posté par
Kekeee
re : Régime variable 03-01-21 à 19:20

D'accord merci, je reprends le filon dans une petite heure, je prends la route

Posté par
Kekeee
re : Régime variable 04-01-21 à 20:34

Bonsoirgts2, je suis vraiment désolé, l' heure c'est un peu rallongée...

Pour Q2;
On sait que à t<0, id=0 et donc ud=0 (u=L*di/dt)

À t=0 ud est continue et ud=0 et id=ud/r=0 ( Loi d'Ohm avec la lampe qui se comporte comme une résistance infinie, i.e un interrupteur ouvert).

Comme u=q/C, et ud=0 alors q=0 et le condensateur se comporte comme un file.

Je ne sais pas si mon raisonnement est juste...
(Voir schéma circuit)

Régime variable

Posté par
Kekeee
re : Régime variable 04-01-21 à 20:48

Pour la Q3:
En regime permanant continu, le condensateur est équivalent à un interrupteur ouvert et ud ne dépend pas du temps donc quand t, ud[sub][/sub]=E

(Voir schéma circuit suivant):

Régime variable

Posté par
Kekeee
re : Régime variable 04-01-21 à 21:17

Ensuite pour Q4:

E(t)=ud(t)+Rid(t)

Donc;
E(t)=ud(t)+RCdud/dt

Soit;
dud/dt+ud/RC=E/RC

On pose :=RC

Alors;
dud/dt+ud/=E

•Equation homogène associée:

dud/dt+ud/=0

Donc;
ud[sub]hom[/sub](t)=Ae-t/. A.

•Solution particulière de l'équation différentielle complète:

Ici constante car le second membre est constant.

dud[sub]part[/sub]/dt+ud[sub]part[/sub]/=E/

Solution particulière :
ud[sub]part[/sub]=E ( car la dérivé de ud[sub]part[/sub] est nulle car ud[sub]part[/sub] constant).

Ainsi; ud(t)=Ae-t/+E

ud continue en 0:  
ud(0)=0=ud(0+)=A+E

Donc A=-E

Donc à t0;
ud(t)=E(1-e-t/)

Voilà j'hésite aussi...

Posté par
Kekeee
re : Régime variable 04-01-21 à 21:44

Ensuite pour Q5:

On veut que |ud(t)|Ua
Soit
|E(1-e-t/)|Ua

Soit
E|(1-e-t/)|Ua

Or pour t0;
e-t/1

D'où la condition;
EUa/(1-e-t/)

(Je crois qu'il y a un problème ici pour t=0... on divise par 0 je ne sais pas si ça se fait...)
Donc si cette condition est vérifiée, on a:

E(1-e-t/)Ua

ssi E-Ee-t/Ua

ssi Ee-t/-Ua+E

ssi e-t/1-Ua/E

ssi -t/ln(1-Ua/E)

ssi t-ln(1-Ua/E)

Donc Ta=-ln(1-Ua/E)

Posté par
Kekeee
re : Régime variable 04-01-21 à 21:52

Pour la question 6 je pense qu'on a ce schéma... je ne suis pas sûr pour le condensateur

Régime variable

Posté par
Kekeee
re : Régime variable 04-01-21 à 22:05

Ensuite pour Q7:

ud=Rd*id (loi d'Ohm)

Or quand t+, le condensateur équivaut à un interrupteur ouvert.

Doncid-E/R=0 i.e id=E/R

Donc ud[sub]max[/sub]=RdE/R

Posté par
Kekeee
re : Régime variable 04-01-21 à 22:22

Pour Q8, on a:

dud/dt+ud/RC=E/RC

On pose  =RC

Alors dud/dt+ud/=E/

•Equation homogène:.
ud hom=Ae-t/

•Solution particulière (constante):
ud part=E

ud(Ta)=Ua
Donc Ae-Ta/+E=Ua
Donc A=(Ua-E)/e-Ta/

Finalement,
ud(t)=(Ua-E)/e-Ta/e-t/+E

ud(t)=(Ua-E)e-t/+Ta/+E

ud(t)=(Ua-E)e(Ta-t)/+E

Posté par
Kekeee
re : Régime variable 04-01-21 à 22:29

Enfin pour Q9:

La lampe peut s'éteindre si et seulement si:

|ud(t)|Ue

| |Ua-E|e(Ta-t)/+E |Ue

E(1-e(Ta-t)/)Ue-Ua*e(Ta-t)/

E(Ue-Ua*e(Ta-t)/)/(1-e(Ta-t)/


VOILÀ en attente de vos réponses je vous prie encore de m'excuser et d'accepter mes sincères salutations

Posté par
gts2
re : Régime variable 04-01-21 à 23:03

Q2 : le condensateur est certes déchargé, mais il est là.
Q3 : la lampe est toujours éteinte, u vaut bien E
Q4 : OK
Q5 : OK pour Ta. Pour la condition sur E, elle ne doit pas dépendre de t, il est plus simple de raisonner à l'envers : la lampe reste éteinte si u<Ua qelque soit t et donc ?
Q6 : le schéma est le bon, mais pas les courants : E/R n'est vrai qu'à t=0.
Q7 : même erreur qu'en Q6, mais faites le schéma, il est tout simple
Q8 : vous reprenez l'équation Q4, or le schéma n'est pas le même, il faut donc reprendre.
Connaissez-vous Thévenin ?
Q9 : raisonnement correct, mais comme il y a un pb en Q8.

Posté par
Kekeee
re : Régime variable 05-01-21 à 12:15

Bonjour gts2,

Q5:la lampe reste éteinte quelque soit t donc si et seulement si Rdid<Ua ou E<Ua je ne sais pas trop

Q6: Je ne comprends pas pourquoi c'est bon pour t=0 mais pas pour tout t0?

Q7: Je ne comprends pas pourquoi... désolé

Q8: Oui je connais Thevenin mais j'ai énormément de mal à m'en servir et à comprendre...

Q9: Oui forcément avec le pb question 8 je ne peux pas conclure

Posté par
gts2
re : Régime variable 05-01-21 à 12:46

Citation :
Q5:la lampe reste éteinte quelque soit t donc si et seulement si Rdid<Ua ou E<Ua je ne sais pas trop

Si la lampe est éteinte, il y a des chances que id=0 !
Citation :
Q6: Je ne comprends pas pourquoi c'est bon pour t=0 mais pas pour tout t0

Comment avez-vous obtenu E/R ? Et idem pour Q7.
Citation :
Q8: Oui je connais Thevenin mais j'ai énormément de mal à m'en servir et à comprendre...

Pourtant dans ce cas là, c'est quand même utile : avec le générateur de Thévenin, le schéma est identique  à Q4 avec de nouvelles  valeurs de E et R, donc une fois Thévenin effectué , c'est fini.

Posté par
Kekeee
re : Régime variable 05-01-21 à 17:01

Je n'ai pas compris pour la question 5...

On obtient i=E/R avec la loi d'Ohm simplement non?

Pour Q7 comme le condensateur est équivalent à un interrupteur ouvert, l'intensité aux bornes du condensateur est nulle donc id=E/R...

Pour Q8 je vais essayer de refaire le schéma et je vous renvoie ce que j'ai trouvé dans peu de temps

Posté par
gts2
re : Régime variable 05-01-21 à 17:13

Citation :
On obtient i=E/R avec la loi d'Ohm simplement non ?

La tension aux bornes de R ne vaut E qu'à t=0.

Citation :
l'intensité aux bornes du condensateur est nulle

N'a pas de sens : c'est soit la tension aux bornes (non nulle) soit le courant traversant (qui est bien nul)

Citation :
id=E/R

Même remarque que précédemment, la tension aux bornes de R n'est pas E.
Voir votre schéma du 04-01-21 à 20:48

Q5 : la lampe reste éteinte si à tout instant t u_d(t)=E(1-exp(-t/\tau))<U_a , soit E<Ua puisque exp(-t/\tau) est une fonction décroissante vers zéro.

Posté par
Kekeee
re : Régime variable 05-01-21 à 17:36

Donc pour Q5, la condition pour que la lampe s'allume est juste EUa on est d'accord?

Pour Q6: Et pour t0 que vaut la tension? E=Ri+ud(t)?

Oui pardon pour Q7; le courant est nul* et E=Ur+Ud?

Posté par
gts2
re : Régime variable 05-01-21 à 17:41

Q5 : OK
Q6 : E=Ri+ud(t) : OK
Q7 : E=Ur+Ud : OK, mais si on tient compte du courant nul dans la capacité, vous devriez reconnaitre un diviseur de tension.

Posté par
Kekeee
re : Régime variable 05-01-21 à 17:51

Est ce que vous pouvez me montrer l'allure de ce diviseur de tension s'il vous plait?

Posté par
gts2
re : Régime variable 05-01-21 à 18:59

Voir par exemple :

Posté par
Kekeee
re : Régime variable 05-01-21 à 19:36

Ok donc ud=ERd/R+Rd c'est ça?

Posté par
Kekeee
re : Régime variable 05-01-21 à 19:37

Avec les parenthèses:
Ud=ERd/(R+Rd)

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