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Physique · Prépa concours post-bac — CPGE (dossier & entretien)

Dipôle RC

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

  • Relation courant-charge : $i = \frac{dq}{dt}$.
  • Relation condensateur : $q = C \cdot u_C$. Donc $i = C \frac{du_C}{dt}$.
  • Loi d'additivité des tensions : $u_R + u_C = E$ (charge) ou $u_R + u_C = 0$ (décharge).
  • Équation différentielle : $\tau \frac{du_C}{dt} + u_C = E$ avec $\tau = R \cdot C$.
  • Solution : $u_C(t) = E(1 - e^{-t/\tau})$ pour la charge.
  • Énergie : $E_e = \frac{1}{2} C u_C^2$.

Méthodes à maîtriser

  • Établir l'équation différentielle en utilisant la loi d'additivité.
  • Vérifier si une fonction est solution en la dérivant et en remplaçant dans l'équation.
  • Déterminer graphiquement $\tau$ par la tangente à l'origine ou par $u_C(\tau) = 0,63E$.
  • Calculer l'énergie stockée à un instant donné.

Exemples corrigés

  • Calcul de $\tau$ : Si $R=1k\Omega$ et $C=100\mu F$, alors $\tau = 10^3 \times 100 \times 10^{-6} = 0,1 s$.
  • Vérification : Pour $u_C(t) = A(1-e^{-t/\tau})$, on dérive : $\frac{du_C}{dt} = \frac{A}{\tau}e^{-t/\tau}$. On remplace : $RC \frac{A}{\tau}e^{-t/\tau} + A - Ae^{-t/\tau} = E$. Comme $RC=\tau$, on trouve $A=E$.

Erreurs fréquentes

  • Oublier le signe (-) lors de la décharge dans l'équation différentielle.
  • Confondre la constante de temps $\tau$ avec la période.
  • Ne pas convertir les unités (ex: $mF$ ou $\mu F$ en Farad).
  • Tracer la tangente à l'origine sans passer par le point $(0,0)$.

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Dipôle RC

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Quelle est l'unité de la constante de temps $\tau$ ?

❓ Questions fréquentes

Pourquoi on dit que le condensateur est un dipôle passif ?

Parce qu'il ne produit pas d'énergie, il se contente de stocker l'énergie électrique sous forme de champ électrostatique et de la restituer.

💡 À retenir : Il est passif car il ne contient pas de source d'énergie interne.

L'mou3adala tafadoliya wach katbdel ila bdelna R ?

Oui, car $\tau = R \cdot C$. Si R change, $\tau$ change, donc la vitesse de charge ou de décharge change.

💡 À retenir : Plus R est grand, plus la charge est lente.

Quelle est la valeur de uC à t = 5tau ?

À $t = 5\tau$, $u_C \approx 0,99E$. On considère que le condensateur est totalement chargé.

💡 À retenir : Le régime permanent est atteint à partir de $5\tau$.

Kifach n3ref wach l'condensateur tcharja kaml ?

Quand la tension $u_C$ devient constante et égale à la tension du générateur E, le régime permanent est atteint.

💡 À retenir : En régime permanent, $i = 0$.

Est-ce que l'énergie est conservée pendant la charge ?

Non, une partie de l'énergie fournie par le générateur est dissipée par effet Joule dans le résistor sous forme de chaleur.

💡 À retenir : $E_{générateur} = E_{condensateur} + E_{perdue}$.

Wach l'condensateur kaykhdem b'courant moutanawir (alternatif) ?

Oui, le condensateur laisse passer le courant alternatif car il se charge et se décharge en permanence, mais il bloque le courant continu en régime permanent.

💡 À retenir : Le condensateur est un filtre passe-haut.

Comment calculer l'énergie maximale stockée ?

On utilise la formule $E_{e,max} = \frac{1}{2} C E^2$ où E est la tension maximale aux bornes du condensateur.

💡 À retenir : L'énergie est proportionnelle au carré de la tension.

Est-ce que la capacité C dépend de la tension ?

Non, la capacité C est une caractéristique géométrique du condensateur (surface des armatures, distance, isolant). Elle est constante.

💡 À retenir : $C = \frac{q}{u_C}$, le rapport est constant.

C'est quoi la différence entre la charge et la décharge ?
  1. La charge : Le condensateur reçoit de l'énergie d'un générateur (E). La tension $u_C$ augmente de 0 vers E.
  2. La décharge : Le condensateur libère son énergie dans le résistor. La tension $u_C$ diminue de E vers 0.

💡 À retenir : En charge, $u_C$ est croissante ; en décharge, elle est décroissante.

Kifach n7seb tau mn l'mbyan ila ma kantch l'mamas?
  1. Regarde la valeur maximale de $u_C$ (c'est E).
  2. Calcule $0,63 \times E$.
  3. Cherche cette valeur sur l'axe des ordonnées.
  4. Projette sur la courbe, puis sur l'axe des abscisses : tu trouveras $\tau$.

💡 À retenir : $\tau$ est la durée nécessaire pour atteindre 63% de la charge totale.

Est-ce que le courant i est constant dans un circuit RC ?

Non, le courant $i$ varie en fonction du temps. Il est maximal à $t=0$ et tend vers 0 quand le condensateur est chargé (régime permanent).

💡 À retenir : Le condensateur se comporte comme un interrupteur ouvert en régime permanent.

Wach l'condensateur kaykhzen l'courant wla l'charra ?

Le condensateur ne stocke pas le courant (qui est un flux), il stocke des charges électriques sur ses armatures.

💡 À retenir : $q = C \cdot u_C$, c'est la charge qui est stockée.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Un condensateur de capacité $C = 100 \mu F$ est chargé à travers un résistor $R = 1 k\Omega$ par un générateur de tension $E = 10 V$.

  1. Établir l'équation différentielle vérifiée par $u_C(t)$.
  2. Vérifier que $u_C(t) = E(1 - e^{-t/RC})$ est solution.
  3. Calculer l'énergie stockée à $t = \tau$.
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Exercice 2

On décharge un condensateur chargé sous $12V$ dans un résistor. La courbe $u_C(t)$ montre qu'à $t=2ms$, $u_C = 4,4V$. Déterminer R sachant $C=10\mu F$.

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Exercice 3

Un condensateur est chargé avec un courant constant $I = 1mA$. On mesure $u_C = 5V$ à $t=2s$. Calculer C.

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