Charge et décharge d'un condensateur
Pourquoi la charge ralentit-elle ? Prédis, bascule l’interrupteur et mesure sur la courbe. Puis choisis une résistance pour préparer un flash en moins de deux secondes.
Bascule l'interrupteur à la main, tourne le bouton de la boîte de résistances, fais glisser le curseur sur l'écran pour mesurer, et tourne le bouton de gauche de l'oscilloscope pour changer la base de temps. Clique un nom ou un objet pour t'approcher, double-clic sur la paillasse pour reculer. Glisse la vue avec maj + molette, les flèches, un clic droit maintenu ou deux doigts.
Trois vérifications avant de fermer le circuit : la polarité, la tension de service, et un condensateur déchargé.
Parcours et relevés
Modèle utilisé
- Alimentation idéale : 6,00 V quel que soit le courant, sans résistance interne.
- Fils et interrupteur parfaits : aucune résistance, commutation instantanée.
- Voltmètre et oscilloscope sans effet sur le circuit : impédance d'entrée infinie, ils ne prélèvent aucun courant.
- Condensateur sans fuite ni résistance série : il conserve sa tension s’il est isolé. Branché sur R, il se décharge.
- Boîte de résistances exacte : 1 kΩ, 2,2 kΩ, 4,7 kΩ et 10 kΩ sans tolérance.
- Aucun bruit de mesure : les courbes sont celles des équations, calculées exactement.
- Dans cette simulation, le composant nominal de 470 µF vaut 442 µF. Cet écart fixe représente une tolérance de fabrication de ±20 % ; ce n’est pas un bruit aléatoire.
- Le voltmètre à aiguille a son inertie et le relevé numérique met un instant à se stabiliser, comme de vrais appareils.
Oscilloscope
Place le curseur au croisement de la courbe et du repère pointillé. Les flèches du clavier règlent le temps par pas de 0,01 s.
Mesure, équations et énergie
- C nominale
- 470 µF ± 20 %
- τ = R × C nominale
- 1,03 s
- τ au curseur
- —
- Écart au nominal
- —
- W = ½ C uC²
- 0,00 mJ
Charge : i = (E − uC) / R. Décharge : i = −uC / R. Le signe − indique un courant de sens opposé. Dans les deux cas : i = C × duC/dt.
uC(t) = Uf + (Ui − Uf) exp(−t/RC), avec Uf = E en charge et 0 en décharge. À τ, 63,2 % de la variation est réalisée ; à 5τ, 99,3 %. La tension finale ne dépend pas de R.
Courbe simulée sans bruit, échantillonnée toutes les 0,02 s environ. Le curseur affiche 0,01 s : ces décimales ne sont pas une garantie d’exactitude. L’écart au calcul nominal vient aussi de la capacité réelle du composant. L’énergie affichée est calculée avec cette capacité réelle.
Le changement de base de temps agrandit la vue sans modifier le circuit. Une nouvelle acquisition enregistre au moins 5τ ; basculer l’interrupteur en cours de charge conserve la tension du condensateur.