Résonance d'un circuit RLC série
Programmes : Sek II, APC (extension)
Objectif¶
Mesurer la courbe de résonance d’un circuit RLC série.
Le montage¶
Source : sinus, amplitude 5 V (valeur efficace 3,54 V), 159,15 Hz — la fréquence de résonance du circuit. Un ampèremètre en mode AC, une résistance de 10 Ω, une bobine de 0,1 H (enroulement de 1 Ω) et un condensateur de 10 µF en série. Voltmètres en mode AC — aux bornes de la bobine et aux bornes du condensateur.
Protocole¶
- Notez l’intensité et les tensions aux bornes de la bobine et du condensateur.
- Faites varier la fréquence de 50 à 500 Hz et notez l’intensité.
- Tracez la courbe \(I(f)\).
- Comparez les tensions aux bornes de \(L\) et de \(C\) avec la tension de la source à la résonance.
Résultat attendu
À la résonance, l’intensité est d’environ 299 mA, et la tension aux bornes de la bobine comme celle aux bornes du condensateur est d’environ 29,9 V, soit 8 à 9 fois la tension efficace de la source (3,54 V) ; les tensions aux bornes de \(L\) et de \(C\) sont en opposition de phase et se compensent. Loin de la résonance, l’intensité est faible : à 100 Hz, environ 36 mA. La fréquence de résonance \(f_0 = 1 / (2\pi\sqrt{LC})\) ≈ 159 Hz.
Questions¶
- Comment la courbe de résonance changera-t-elle si l’on remplace la résistance par une résistance de 100 Ω ?
- Pourquoi la tension aux bornes du condensateur peut-elle être supérieure à la tension de la source ?
Réponses
- La fréquence de résonance reste d’environ 159 Hz, car elle ne dépend que de \(L\) et de \(C\). L’intensité maximale tombe à environ 3,54 V / 102 Ω ≈ 35 mA (l’enroulement, la source et l’ampèremètre ajoutent environ 2 Ω), et la courbe devient basse et large : à 100 Hz, l’intensité est encore d’environ 25 mA, 70 % du maximum.
- À la résonance, les impédances de la bobine et du condensateur sont égales, environ 100 Ω chacune, et leurs tensions sont en opposition de phase et se compensent, donc la source n’entretient le courant qu’à travers environ 12 Ω de résistance. Le courant de 0,299 A dans les 100 Ω du condensateur donne 0,299 A · 100 Ω ≈ 29,9 V à ses bornes, 8,5 fois les 3,54 V de la source. L’énergie oscille entre la bobine et le condensateur, et la source ne fait que compenser les pertes dans la résistance.