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Physique-Chimie · 2ème Année Bac — Sciences Mathématiques A

التذبذبات القسرية في دارة RLC متوالية

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

  • Dispositif : On branche un générateur de tension sinusoïdale $u_G(t) = U_{max} \sin(2\pi Nt + \varphi)$ aux bornes d'un circuit RLC série.
  • Équation différentielle : $L \frac{di}{dt} + Ri + \frac{q}{C} = u_G(t)$.
  • Résonance d'intensité : Elle se produit quand $N = N_0 = \frac{1}{2\pi \sqrt{LC}}$. À la résonance, $i(t)$ et $u_G(t)$ sont en phase ($\varphi_i = \varphi_u$).
  • Impédance : $Z = \frac{U_{max}}{I_{max}} = \sqrt{R^2 + (L\omega - \frac{1}{C\omega})^2}$.
  • Facteur de qualité : $Q = \frac{1}{R} \sqrt{\frac{L}{C}}$. Plus $R$ est faible, plus la résonance est aiguë.

Méthodes à maîtriser

  • Déterminer $N_0$ graphiquement ou par calcul.
  • Tracer le diagramme de Fresnel pour trouver le déphasage $\varphi = \varphi_u - \varphi_i$.
  • Calculer la largeur de la bande passante $\Delta N = N_2 - N_1$ où $I \geq \frac{I_{max}}{\sqrt{2}}$.

Exemples corrigés

  • Calcul de $N_0$ : Si $L=0,1$ H et $C=10$ µF, $N_0 = \frac{1}{2\pi \sqrt{0,1 \times 10^{-5}}} \approx 159$ Hz.
  • Déphasage : À la résonance, $\tan \varphi = 0$ donc $\varphi = 0$.

Erreurs fréquentes

  • Confondre $N$ (fréquence en Hz) et $\omega$ (pulsation en rad/s).
  • Oublier que la résonance de tension aux bornes de $L$ ou $C$ n'a pas lieu à la même fréquence que celle de l'intensité.

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

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🎯 التذبذبات القسرية في دارة RLC متوالية

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À la résonance d'intensité, l'impédance est :

❓ Questions fréquentes

C'est quoi la différence entre régime libre et régime forcé ?
  1. Le régime libre se produit sans générateur extérieur : le circuit oscille avec sa propre fréquence $N_0$ et l'amplitude diminue (amortissement).
  2. Le régime forcé est imposé par un générateur : le circuit oscille à la fréquence $N$ du générateur, et l'amplitude reste constante.

💡 À retenir : En régime forcé, c'est le générateur qui impose la fréquence au circuit.

Kifach n7seb l'impédance Z ila ma3ndich U{max} w I{max} ?
  1. Tu utilises la formule $Z = \sqrt{R^2 + (L\omega - \frac{1}{C\omega})^2}$.
  2. Il te faut connaître $R$, $L$, $C$ et la fréquence $N$ du générateur pour calculer $\omega = 2\pi N$.

💡 À retenir : L'impédance dépend de la fréquence du générateur.

Chno hiya la résonance d'intensité ?

C'est l'état où l'intensité efficace $I$ du courant atteint sa valeur maximale. Cela arrive quand l'impédance $Z$ est minimale, c'est-à-dire $Z = R$.

💡 À retenir : À la résonance d'intensité, le circuit est purement résistif.

Est-ce que la résonance de tension aux bornes de L se produit à N0 ?

Non. La résonance de tension aux bornes de la bobine (ou du condensateur) se produit à une fréquence $N_r < N_0$.

💡 À retenir : Seule la résonance d'intensité se produit exactement à $N_0$.

Wach l'amplitude de l'intensité katb9a tabaata f régime forcé ?

Oui, tant que la fréquence du générateur est constante, l'amplitude de l'intensité reste constante dans le temps.

💡 À retenir : Le régime forcé est un régime permanent.

Comment calculer le déphasage varphi ?

On utilise la relation $\tan \varphi = \frac{L\omega - \frac{1}{C\omega}}{R}$.

💡 À retenir : $\varphi$ est l'angle entre la tension aux bornes du circuit et l'intensité.

C'est quoi la bande passante ?

C'est l'intervalle de fréquences $[N_1, N_2]$ autour de $N_0$ où la puissance électrique est au moins la moitié de sa valeur maximale.

💡 À retenir : Plus la bande passante est étroite, plus la résonance est sélective.

Est-ce que R influence la valeur de N0 ?

Non, $N_0$ ne dépend que de $L$ et $C$ ($N_0 = \frac{1}{2\pi \sqrt{LC}}$). $R$ influence seulement l'amplitude du courant et la largeur de la bande passante.

💡 À retenir : $R$ change la "forme" de la courbe, pas sa position.

Pourquoi on dit que le circuit est "purement résistif" à la résonance ?

Parce que les effets de la bobine ($L\omega$) et du condensateur ($\frac{1}{C\omega}$) se compensent exactement, donc $Z = R$.

💡 À retenir : La tension et le courant sont en phase.

Comment tracer le diagramme de Fresnel ?
  1. On choisit un vecteur pour l'intensité $i(t)$ sur l'axe horizontal.
  2. On trace les vecteurs des tensions $u_R$, $u_L$ et $u_C$ en respectant leurs déphasages.
  3. La somme vectorielle donne le vecteur tension totale $u_G$.

💡 À retenir : La longueur des vecteurs correspond aux valeurs maximales.

Est-ce que le facteur de qualité Q a une unité ?

Non, $Q$ est une grandeur sans dimension.

💡 À retenir : $Q$ mesure la sélectivité du circuit.

Kifach n3ref wach l'intensité saba9a t-tayar wla l3aks ?

Si $L\omega > \frac{1}{C\omega}$, alors $\varphi > 0$ (le circuit est inductif, la tension est en avance). Si $L\omega < \frac{1}{C\omega}$, alors $\varphi < 0$ (le circuit est capacitif, la tension est en retard).

💡 À retenir : Le signe de $\tan \varphi$ donne le sens du déphasage.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Un circuit RLC série comporte $L=0,5$ H, $C=20$ µF et $R=50$ $\Omega$. Le générateur impose $u_G(t) = 10\sqrt{2} \sin(2\pi Nt)$.

  1. Calculer la fréquence propre $N_0$.
  2. Calculer l'intensité efficace $I$ à la résonance.
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Exercice 2

On considère le circuit précédent. Calculer le déphasage $\varphi$ pour $N = 40$ Hz.

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Exercice 3

Déterminer la bande passante à -3dB pour le circuit précédent.

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