Mercredi 12 octobre 2016

Cette semaine encore, les colles de Physique sont consacrées à l’électrocinétique en régime permanent constant uniquement. Certaines questions de cours concernent les régimes transitoires, mais ce chapitre ne pourra pas encore faire l’objet d’exercices cette semaine.

On s’attachera particulièrement à évaluer la bonne utilisation des lois de base (loi des mailles et des nœuds) et des relations intensité-tension des dipôles avec la convention générateur ou récepteur, sans faire d’erreurs de signe. Les étudiants seront amenés à vérifier l’homogénéité de leurs résultats.
Dans des circuits purement résistifs, on évaluera la capacité des étudiants à reconnaître des ponts diviseurs (de tension ou de courant) et/ou à associer des résistances lorsque c’est possible, afin de résoudre plus facilement les circuits.
On évitera de poser des exercices excessivement calculatoires. Le but de la colle est davantage de mettre en oeuvre les lois physiques et les méthodes de résolution astucieuses, plutôt que de développer de très lourds calculs.
L’attention des interrogateurs est portée sur les compétences exigibles (en bas de cette page), et notamment sur les méthodes de résolution désormais hors-programme : équivalences Thévenin-Norton, théorème de Millman, etc.).

QUESTIONS DE COURS DE CETTE SEMAINE
En début de séance, chaque étudiant sera interrogé sur 1 question parmi celles ci-dessous.

Q1

Etablir et résoudre l’équation différentielle vérifiée par la tension aux bornes d’un condensateur dans un circuit « RC série » soumis à un échelon de tension

    \[E\]

(condensateur initialement déchargé).

Q2

Effectuer un bilan énergétique dans le circuit « RC série » soumis à un échelon de tension

    \[E\]

, entre l’instant initial (

    \[t=0\]

) et l’établissement du régime permanent (

    \[t\rightarrow\infty\]

).
L’expression de l’intensité dans le circuit est supposée déjà connue (fournie par l’interrogateur) :

    \[ i(t)=\frac{E}{R}e^{\frac{-t}{RC}}\]

Q3

– Expliquer qualitativement en quoi consiste l’approximation des régimes quasi-stationnaires (discussion orale avec l’interrogateur).
– Exprimer quantitativement sa condition d’application, en rapport avec la taille  

    \[L\]

du circuit.
– A quoi sert cette approximation ?

Q4

Donner la relation intensité-tension :
– pour une résistance,
– un condensateur
– pour une bobine idéale.
(Pensez à bien préciser quelle convention vous choisissez, à l’aide d’un schéma !)

Q5

Donner, puis démontrer l’expression

    \[R_{eq}\]

de la résistance équivalente à deux résistances 

    \[R_1\]

 et 

    \[R_2\]

 en série.

Q6

 Donner, puis démontrer l’expression 

    \[R_{eq}\]

 de la résistance équivalente à deux résistances 

    \[R_1\]

 et 

    \[R_2\]

 en parallèle.

Q7

Dessiner la configuration d’un pont diviseur de tension, et rappeler les formules associées.
Puis les démontrer.

Q8

Dessiner la configuration d’un pont diviseur de courant, et rappeler les formules associées.
Puis les démontrer.

Q9

Soit un dipôle, dont la tension

    \[u\]

et l’intensité

    \[i\]

sont orientées en convention récepteur.
– A quoi correspond le produit

    \[u\times i\]

?
– Qu’est-ce que cela signifie si le produit 

    \[u\times i\]

est négatif ?

Q10

Soit un dipôle, dont la tension

    \[u\]

et l’intensité

    \[i\]

sont orientées en convention générateur.
– A quoi correspond le produit

    \[u\times i\]

?
– Qu’est-ce que cela signifie si le produit 

    \[u\times i\]

est négatif ?

Q11

– Quel est le dipôle pour lequel le courant qui le traverse ne peut pas subir de discontinuité au cours du temps ?
– Quel est le dipôle pour lequel la tension à ses bornes ne peut pas subir de discontinuité au cours du temps ?

Q12

– Rappeler l’expression de l’énergie stockée dans un condensateur.
– Démontrer cette expression.

Q13

– Rappeler l’expression de l’énergie stockée dans une bobine.
– Démontrer cette expression.
CONNAISSANCES ET COMPETENCES EVALUABLES DANS LES EXERCICES CETTE SEMAINE
– Savoir que la charge électrique est quantifiée.
– Exprimer l’intensité du courant électrique en termes de débit de charge.
– Exprimer la condition d’application de l’ARQS en fonction de la taille du circuit et de la fréquence.
– Relier la loi des nœuds au postulat de la conservation de la charge.
– Utiliser la loi des mailles.
– Algébriser les grandeurs électriques et utiliser les conventions récepteur et générateur.
– Citer les ordres de grandeur des intensités et des tensions dans différents domaines d’application.
– Utiliser les relations entre l’intensité et la tension pour les dipôles R, L, et C.
– Citer les ordres de grandeurs des composants R, L et C.
– Exprimer la puissance dissipée par effet Joule dans une résistance.
– Exprimer l’énergie stockée dans un condensateur ou dans une bobine.
– Modéliser une source non idéale en utilisant la représentation de Thévenin. (Note pour les colleurs : le modèle de Norton, et l’équivalence Thévenin-Norton, ne sont plus au programme.)
– Remplacer une association série ou parallèle de deux résistances par une résistance équivalente.
– Établir et exploiter les relations de diviseurs de tension ou de courant.(Note pour les colleurs : les capacités ou inductances équivalentes à l’association série ou parallèle de condensateurs ou de bobines n’est plus un résultat de cours exigible.)