Dipôle RL

Bienvenue, Ahmed Bennani 👋
2ème BAC Sciences Physiques · Physique-Chimie
📍 Chapitre 3 / 12 · ta progression42%
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⚛️ Physique · Chapitre 3 · الفيزياء

Les oscillations mécaniquesالذبذبات الميكانيكية

🎓 2ème BAC Sciences Physiques
⏱️ Durée ~2h 30min
📊 Niveau Intermédiaire
🎬 1 vidéo + 12 exercices
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🎯

Objectifs du programme officiel

أهداف البرنامج الرسمي
00
  • Représenter les tensions u_R et u_L en convention récepteur.
  • Connaître et exploiter u = r·i + L·di/dt aux bornes d'une bobine.
  • Déterminer les deux caractéristiques d'une bobine (L, r) à partir de résultats expérimentaux.
  • Établir l'équation différentielle et vérifier sa solution pour un échelon de tension.
  • Déterminer i(t) et en déduire les tensions aux bornes de la bobine et du conducteur ohmique.
  • Connaître qu'une bobine retarde l'établissement et la disparition du courant.
  • Connaître et exploiter la constante de temps.
  • Exploiter des documents expérimentaux (influence de R et L, constante de temps).
  • Établir et exploiter l'expression de l'énergie magnétique emmagasinée dans une bobine.
🎬

Vidéo du cours

فيديو الدرس
01
🌐 Choisis la langue de la vidéo :
🇫🇷 Français
🟢 الدارجة Darija
🎥 Cours animé · Full HD
Les oscillations mécaniques — Cours complet
Version : Français · 14:32
📖

Le cours

الدرس
02

Le dipôle RL (bobine + résistance en série) est le dual électrique du circuit RC. La bobine s'oppose aux variations rapides du courant grâce à sa self-inductance L.

La bobine : caractéristiques et relation u = L·di/dt · الملف: خصائصه وعلاقة u = L·di/dt

Une bobine (inductance) est constituée d'un enroulement de fil conducteur, généralement autour d'un noyau ferromagnétique. En convention récepteur, la tension aux bornes d'une bobine idéale (r = 0) est $u_L = L\dfrac{di}{dt}$, où L est l'inductance en Henry (H). Une bobine réelle possède une résistance interne r : u_bobine = L × di/dt + r × i. L'inductance L s'exprime en henrys (H). Les sous-multiples : 1 mH = $10^{-3}$ H, 1 μH = $10^{-6}$ H. La bobine ne laisse pas passer les courants alternatifs de haute fréquence et laisse passer le courant continu établi. Elle emmagasine de l'énergie magnétique : $E_L = \dfrac{1}{2}Li^2$.

Établissement du courant : réponse à un échelon · تأسيس التيار: الاستجابة لدرجة

À la fermeture du circuit RL alimenté par E, l'équation de la maille est : E = u_R + u_L = Ri + L × di/dt. L'équation différentielle est : L/R × di/dt + i = E/R. La constante de temps est $\tau = L/R$. La solution avec i(0) = 0 est : $i(t) = \dfrac{E}{R}(1-e^{-t/\tau})$. La tension aux bornes de la bobine est u_L(t) = E × e^(-t/τ) (décroissante). La tension aux bornes de la résistance est u_R(t) = E × (1 - e^(-t/τ)) (croissante). En régime permanent (t >> τ) : i = E/R et u_L = 0 (la bobine se comporte comme un fil). Le courant ne peut pas varier instantanément : i(0⁺) = i(0⁻) = 0 (continuité du courant dans une bobine).

Disparition du courant et énergie · اختفاء التيار والطاقة

Lors de l'ouverture du circuit (disparition de E), si le courant initial était I₀, l'équation donne i(t) = I₀ × e^(-t/τ). L'énergie magnétique E_L = ½ × L × I₀² initialement stockée est dissipée dans les résistances du circuit. Lors de l'ouverture rapide d'un interrupteur, u_L peut devenir très grande (surtension pouvant endommager les composants) car le courant cherche à se maintenir. C'est pourquoi on utilise souvent une diode de roue libre en parallèle avec la bobine pour éviter les surtensions. La bobine retarde à la fois l'établissement ET la disparition du courant.

Détermination expérimentale de L et r · التحديد التجريبي لـ L و r

La constante de temps $\tau = L/R$_total se mesure graphiquement sur la courbe i(t) : τ est l'abscisse du point où la tangente à l'origine coupe l'asymptote horizontale i = E/R, ou le temps pour atteindre i = 0,63 × E/R. En régime permanent, i_∞ = E/(R + r), ce qui permet de calculer r si R, E sont connues. Ensuite L = τ × (R + r). Pour observer l'influence de R et L : augmenter R diminue τ (établissement plus rapide) ; augmenter L augmente τ (établissement plus lent). L'influence de R et L peut être visualisée à l'oscilloscope en observant les courbes u_R(t) ou i(t).

💡

L'essentiel à maîtriser

الأساسي الواجب إتقانه
03
📐
Formules & règles à retenir
القوانين والقواعد الواجب تذكّرها
Tension aux bornes d'une bobine idéale
$u_L = L\dfrac{di}{dt}$
Tension aux bornes d'une bobine réelle
$u_{bob} = L\dfrac{di}{dt} + ri$
Constante de temps RL
$\tau = L/R_{total}$ (s)
Courant lors de l'établissement (i(0) = 0)
$i(t) = \frac{E}{R}(1-e^{-t/\tau})$
Courant lors de la disparition (i(0) = I₀)
$i(t) = I_0 e^{-t/\tau}$
Énergie magnétique dans la bobine
$E_L = \dfrac{1}{2}Li^2$
⚠️
Attention aux erreurs
انتبه للأخطاء
Confondre τ = L/R et τ = RC du circuit RC.Pour RL : τ = L/R (grand L → charge lente ; grand R → charge rapide). Pour RC : τ = RC (grand R ou grand C → charge lente).
Croire que le courant peut sauter instantanément dans une bobine.Le courant dans une bobine est continu : i(0⁺) = i(0⁻). Ce qui peut sauter, c'est la tension u_L.
Oublier la résistance interne r de la bobine dans le bilan.R_total = R + r. Le courant en régime permanent est i_∞ = E/(R+r), pas E/R.

Quiz de compréhension

رائز الفهم
04
Question 1 / 10[Énoncé de la question, propre au chapitre]
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Exercices d'entraînement

تمارين تطبيقية
06
🔵 Application تطبيق · 4
🟡 Médium متوسط · 4 🎁
🟠 Avancé متقدّم · 4 🔒
Exercice 1
🔵 Application · Libre
Un circuit RL contient R = 100 Ω, une bobine L = 0,5 H (r = 0). Le circuit est alimenté par E = 20 V. Calculer τ, i(τ), et l'énergie emmagasinée en régime permanent.
✓ Correction écrite
🎬 Vidéo :
FR
الدارجة

✓ Correction détaillée

τ = L/R = 0,5/100 = 5×10⁻³ s = 5 ms. i(τ) = (20/100)(1 − e⁻¹) = 0,2 × 0,632 ≈ 0,126 A. En régime permanent : i_∞ = E/R = 20/100 = 0,2 A. E_L = ½ × 0,5 × 0,2² = 10⁻² J = 10 mJ.

Exercice 2
🔵 Application · Libre
Une bobine (L = 0,2 H, r = 10 Ω) est en série avec R = 40 Ω et alimentée par E = 15 V. Calculer τ, i en régime permanent, et la tension u_r aux bornes de r en régime permanent.
✓ Correction écrite
🎬 Vidéo :
FR
الدارجة

✓ Correction détaillée

R_total = R + r = 40 + 10 = 50 Ω. τ = L/R_total = 0,2/50 = 4×10⁻³ s = 4 ms. i_∞ = E/R_total = 15/50 = 0,3 A. u_r = r × i_∞ = 10 × 0,3 = 3 V. u_R = 40 × 0,3 = 12 V. Vérification : u_r + u_R = 3 + 12 = 15 V = E ✓.

Exercice 3
🔵 Application · Libre
Sur la courbe de l'établissement du courant dans un circuit RL (E = 10 V), on lit i_∞ = 0,4 A et τ = 8 ms. Déterminer R et L (bobine idéale, r = 0).
✓ Correction écrite
🎬 Vidéo :
FR
الدارجة

✓ Correction détaillée

i_∞ = E/R → R = E/i_∞ = 10/0,4 = 25 Ω. τ = L/R → L = τ × R = 8×10⁻³ × 25 = 0,2 H.

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