Sciences Physiques corrigés terminales L Français resumé-les sujets de resumé Corrigé Epreuve 1996 : INGENIEUR ET POETE
Il n’est pas demandé de faire des applications numériques pour cet exercice.
5.1. Etude des dipôles RC, RL et RLC série.
On réalise successivement les circuits électriques correspondant aux schémas 1 et 2.
Dans le circuit correspondant au schéma 1 sont associés, en série, un condensateur de capacité C initialement déchargé, un conducteur ohmique de résistance R et un générateur de f.e.m constante E et de résistance négligeable.
Dans le circuit correspondant au schéma 2 sont associés, en série, une bobine d’inductance L, de résistance négligeable, un conducteur ohmique et un générateur identiques à ceux qui sont utilisés dans le premier circuit. Le sens positif de l’intensité du courant i est indiqué sur les schémas.
5.1.1. On ferme l’interrupteur K de chacun des circuits et on visualise, à l’aide d’un oscillographe à mémoire, l’évolution de la tension uR aux bornes de chaque conducteur ohmique au cours du temps.
On observe les oscillogrammes a et b. Le trait pointillé correspond à la trace du spot en l’absence de tension sur les deux voies.
5.1.1.1. Montrer que ces oscillogrammes visualisent les variations de l’intensité du courant électrique dans ces circuits. (0,5 point)
5.1.1.2. Affecter à chaque schéma l’oscillogramme correspondant. Justifier les réponses. (0,5 point)
5.1.2. On considère le schéma 1. Lorsque le condensateur est chargé, le générateur est déconnecté du circuit et remplacé par une bobine d’inductance L et de résistance négligeable et aussitôt l’interrupteur est fermé à une date prise comme origine des temps t = 0.
5.1.2.1. Exprimer l’énergie W0 initialement emmagasinée par le condensateur.
(0,25 point)
5.1.2.2. Préciser les échanges d’énergie qui ont lieu dans ce nouveau circuit et justifier que pour t suffisamment grand, l’intensité du courant.
On considérera que la valeur de R est telle que le régime est pseudo périodique (0,75 point)
5.2. Etude du dipôle RLC série en régime sinusoïdal forcé.
On associe maintenant, en série, un générateur de basse fréquence (GBF), le conducteur ohmique de résistance R, la bobine d’inductance L, de résistance négligeable et le condensateur de capacité C.
Le générateur maintient entre ses bornes une tension sinusoïdale de valeur efficace U constante et de fréquence réglable.
On fixe la fréquence à une valeur N et on visualise sur l’écran d’un oscilloscope les tensions u1(t) aux bornes du conducteur ohmique à la voie Y1 et u2 (t)aux bornes du générateur à la voie Y2.
Les oscillogrammes de la figure 3 sont obtenus. Les réglages de l’oscilloscope (temps de balayage horizontal et sensibilités verticales des voies) ne sont pas donnés. On sait cependant que les deux voies ont la même sensibilité.
5.2.1. Schématiser le circuit et indiquer les connexions à l’oscilloscope. (0,5 point).
5.2.2. Affecter chaque courbe de la figure 3 à la voie correspondante. Justifier (0,5 point).
5.2.3. Déterminer, en utilisant les oscillogrammes, le déphasage de la tension u2(t) par rapport à l’intensité i(t). En déduire l’expression de l’intensité instantanée. (0,5 point)
5.3. Etude de la résonance d’intensité.
Dans le circuit précédent on choisit la fréquence N de façon à réaliser la résonance d’intensité.
5.3.1. Montrer que la puissance électrique moyenne P0 reçue par le dipôle constitué par le conducteur ohmique, la bobine et le condensateur est maximale.
Exprimer P0 en fonction de U et de R. (0,5 point)
5.3.2. Exprimer, en fonction du temps, l’énergie magnétique WL emmagasinée dans la bobine et l’énergie électrique WC emmagasinée dans le condensateur.
Montrer que l’énergie électrique totale Wt emmagasinée dans le dipôle R, L, C est constante.
Que devient donc à chaque instant l’énergie électrique reçue par le dipôle ? (01 point)
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