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Physique · Prépa concours post-bac — ENA Architecture

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 charge-tension : $q = C \cdot u_C$ (avec $C$ en Farads).
  • Relation courant-charge : $i = \frac{dq}{dt}$.
  • Loi d'Ohm : $u_R = R \cdot i$.
  • Additivité des tensions : $u_C + u_R = E$ (charge) ou $u_C + u_R = 0$ (décharge).
  • Équation différentielle : $\tau \frac{du_C}{dt} + u_C = E$ avec $\tau = R \cdot C$.
  • Solution : $u_C(t) = E(1 - e^{-t/\tau})$ en charge.

Méthodes à maîtriser

  1. Établir l'équation différentielle : Appliquer la loi d'additivité des tensions, remplacer $u_R$ par $R \cdot i$ puis $i$ par $C \frac{du_C}{dt}$.
  2. Vérifier une solution : Dériver la solution proposée et l'injecter dans l'équation différentielle.
  3. Déterminer $\tau$ graphiquement : Utiliser la tangente à l'origine ou la valeur $0,63 E$.

Exemples corrigés

  • Calcul de $\tau$ : Si $R=100 , \Omega$ et $C=100 , \mu F$, alors $\tau = 100 \times 100 \times 10^{-6} = 0,01 , s$.
  • Détermination de $i$ : $i = C \frac{du_C}{dt}$. Si $u_C = E(1 - e^{-t/\tau})$, alors $i = \frac{E}{R} e^{-t/\tau}$.

Erreurs fréquentes

  • Oublier de convertir les unités (ex: $\mu F$ en $F$).
  • Confondre le sens du courant et le sens de la tension $u_C$ sur le schéma.
  • Se tromper dans le signe de l'équation différentielle lors de la décharge.

🌉 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 la valeur de $u_C$ à $t = \tau$ lors de la charge ?

❓ Questions fréquentes

Pourquoi on utilise uC et pas q dans l'équation différentielle ?

On utilise $u_C$ car c'est la grandeur mesurable directement avec un oscilloscope ou un voltmètre. Comme $q = C \cdot u_C$, les deux sont proportionnelles, mais $u_C$ est plus pratique pour l'étude expérimentale.

💡 À retenir : $u_C$ est la grandeur d'état privilégiée en TP.

Chno hiya l-fayda dial constante de temps tau ?

$\tau$ kat3tina fekra 3la l-sor3a bach kayt-ch7an aw kayt-fregh l-condensateur. Plus $\tau$ sghira, plus l-condensateur kay-ch7an b-sor3a.

💡 À retenir : $\tau = R \cdot C$ (en secondes).

Est-ce que le condensateur se charge instantanément ?

Non, la charge n'est jamais instantanée. Théoriquement, il faut un temps infini pour atteindre $E$. Pratiquement, on considère que le régime permanent est atteint après $5\tau$.

💡 À retenir : Après $5\tau$, $u_C \approx E$.

Kifach n-7seb l-qima dial C ila 3tani l-graphique ?
  1. Khrej $\tau$ men l-graphique (b-tari9at l-mamas aw $0,63E$).
  2. St3mel l-3ala9a $\tau = R \cdot C$.
  3. 7seb $C = \tau / R$.

💡 À retenir : $C$ doit être en Farads.

Pourquoi uR change de signe pendant la décharge ?

Pendant la décharge, le courant $i$ circule dans le sens opposé à celui de la charge. Comme $u_R = R \cdot i$, le signe de $u_R$ s'inverse par rapport au sens conventionnel choisi.

💡 À retenir : Le sens du courant définit le signe de $u_R$.

Wach l-condensateur kay-kheli t-tayyar l-moustamir ydouz ?

Non, en régime permanent, $u_C = E$ donc $i = C \frac{du_C}{dt} = 0$. Le condensateur se comporte comme un interrupteur ouvert.

💡 À retenir : Le condensateur bloque le courant continu.

Comment tracer la tangente à l'origine ?

La tangente à l'origine coupe l'asymptote horizontale ($u_C = E$) au point d'abscisse $t = \tau$. Il suffit de tracer la droite passant par $(0,0)$ et $( \tau, E)$.

💡 À retenir : La pente à l'origine est $E/\tau$.

Est-ce que l'énergie stockée dépend de la résistance R ?

Non, l'énergie stockée $E_e = \frac{1}{2} C u_C^2$ dépend uniquement de la capacité $C$ et de la tension $u_C$. $R$ influence seulement la vitesse de stockage.

💡 À retenir : $E_e$ est une fonction de $u_C$.

Est-ce que uC peut être négatif ?

Dans un circuit RC classique avec un générateur de tension continue, $u_C$ varie entre $0$ et $E$. Il ne devient pas négatif sauf si on inverse les bornes du générateur.

💡 À retenir : $u_C$ suit la polarité du générateur.

Chno kay-w9e3 ila zedna f-R ?

Si on augmente $R$, alors $\tau = R \cdot C$ augmente. Le condensateur mettra plus de temps pour se charger ou se décharger.

💡 À retenir : $R$ contrôle la durée du régime transitoire.

Quelle est l'unité de R cdot C ?

L'unité est la seconde ($s$). On peut le démontrer par analyse dimensionnelle : $[R] = [U]/[I]$ et $[C] = [I] \cdot [T] / [U]$, donc $[R \cdot C] = [T]$.

💡 À retenir : $\tau$ est homogène à un temps.

Pourquoi on dit "régime permanent" ?

On dit régime permanent quand les grandeurs électriques ($u_C, i, q$) ne varient plus au cours du temps. La dérivée est alors nulle.

💡 À retenir : En régime permanent, $\frac{du_C}{dt} = 0$.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Un condensateur de capacité $C = 200 , \mu F$ est chargé à travers une résistance $R = 1 , k\Omega$ par un générateur de tension $E = 10 , V$.

  1. Établir l'équation différentielle vérifiée par $u_C(t)$.
  2. Calculer la constante de temps $\tau$.
  3. Déterminer l'expression de $i(t)$.
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Exercice 2

On décharge un condensateur initialement chargé sous $12 , V$ dans une résistance $R$. À $t = 2 , ms$, la tension est $u_C = 4,4 , V$.

  1. Déterminer $\tau$.
  2. Calculer $R$ sachant $C = 10 , \mu F$.
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Exercice 3

Un circuit RC est alimenté par un échelon de tension. L'énergie stockée est $E_e = 1 , mJ$ à $t = \tau$. Calculer $C$ si $E = 10 , V$.

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