Construction de circuits en alternatif – circuits RLC

Ce qu’elle montre

Un kit virtuel de construction de circuits pour le thème du courant alternatif : les élèves font glisser des composants de la boîte à outils vers le plan de travail et relient les extrémités libres des fils pour former n'importe quel circuit — en série, en dérivation, avec plusieurs sources — au lieu de simplement regarder un schéma imprimé. Le circuit est résolu en temps réel par la méthode des nœuds, si bien que tout montage donne des mesures correctes.

Mode d’emploi

L'écran Introduction propose une source alternative d'amplitude et de fréquence réglables, des piles, des résistances, des ampoules et des interrupteurs : les électrons font des allers-retours au rythme de la source et les ampoules clignotent selon la puissance instantanée. Un voltmètre, un ampèremètre et deux graphiques en fonction du temps ont des sondes que l'on peut placer n'importe où dans le circuit. L'écran Laboratoire ajoute condensateurs, bobines, fusibles, résistance interne, résistance des fils et un chronomètre : placez les deux graphiques sur le même condensateur pour voir i en avance de 90° sur u, ou sur une bobine pour voir i en retard ; utilisez une pile et un interrupteur pour mesurer le temps de charge d'un condensateur jusqu'à 63 % (τ = RC). Lorsqu'un composant est sélectionné, le panneau de mesures place les valeurs simulées à côté de la solution complexe : impédance Z = √(R² + (Z_L − Z_C)²), amplitude I₀ = U₀/Z et déphasage. Par exemple, avec le circuit d'exemple R–L–C série (R = 10 Ω, L = 5 H, C = 0,05 F, U₀ = 10 V), la fréquence de résonance vaut f₀ = 1/(2π√(LC)) ≈ 0,32 Hz ; l'intensité maximale atteint alors 1 A et est en phase avec la tension ; à 0,5 Hz l'amplitude tombe à environ 0,73 A et i est en retard d'environ 43°.

Paramètres modifiables

• Écran Introduction, Laboratoire
• Circuit de départ (un circuit avec condensateur/bobine ouvre l'écran Laboratoire) Circuit vide, Source alternative + ampoule, R–C série (alternatif), R–L série (alternatif), R–L–C série (résonance), Charge : pile + interrupteur + R + C, Bobine : pile + interrupteur + ampoule + L
• Amplitude de la tension de la source alternative U₀ 0–120 V
• Fréquence de la source alternative 0,1–2 Hz
• Tension de la pile 0–120 V
• Résistance R 0–120 Ω
• Capacité C 0,01–0,2 F
• Inductance L 0,1–10 H
• Résistivité des fils (Laboratoire) 0–1 Ω/m
• Représentation du courant Électrons, Sens conventionnel
• Style des symboles Réaliste, Schématique
• Afficher les noms des composants
• Afficher les valeurs des composants
• Afficher le voltmètre
• Afficher l'ampèremètre
• Afficher le graphique tension–temps
• Afficher le graphique intensité–temps
• Afficher le chronomètre (Laboratoire)

Questions à explorer

1. Pourquoi une ampoule branchée sur une source alternative de basse fréquence clignote-t-elle deux fois par période ?
2. Avec les deux graphiques sur le même condensateur, le maximum de i apparaît-il avant ou après celui de u ? Et pour une bobine ?
3. Dans un circuit série, la somme des amplitudes des tensions aux bornes de R, L et C est-elle égale à l'amplitude de la tension de la source ? Pourquoi ?