Physique-Chimie Terminale Spécialité
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Préparation aux épreuves du Bac
1. Constitution et transformations de la matière
Ch. 1
Modélisation des transformations acide-base
Ch. 2
Analyse physique d'un système chimique
Ch. 3
Méthode de suivi d'un titrage
Ch. 4
Évolution temporelle d'une transformation chimique
Ch. 5
Évolution temporelle d'une transformation nucléaire
BAC
Thème 1
Ch. 6
Évolution spontanée d'un système chimique
Ch. 7
Équilibres acide-base
Ch. 8
Transformations chimiques forcées
Ch. 9
Structure et optimisation en chimie organique
Ch. 10
Stratégies de synthèse
BAC
Thème 1 bis
2. Mouvement et interactions
Ch. 11
Description d'un mouvement
Ch. 12
Mouvement dans un champ uniforme
Ch. 13
Mouvement dans un champ de gravitation
Ch. 14
Modélisation de l'écoulement d'un fluide
BAC
Thème 2
3. Conversions et transferts d'énergie
Ch. 15
Étude d’un système thermodynamique
Ch. 16
Bilans d'énergie thermique
BAC
Thème 3
4. Ondes et signaux
Ch. 17
Propagation des ondes
Ch. 18
Interférences et diffraction
Ch. 19
Lunette astronomique
Ch. 20
Effet photoélectrique et enjeux énergétiques
Ch. 21
Évolutions temporelles dans un circuit capacitif
BAC
Thème 4
Annexes
Ch. 22
Méthode
Thème 4
Sujet Bac expérimental 9
Étude d'un condensateur avec un microcontrôleur
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Énoncé
Les microcontrôleurs sont omniprésents au quotidien. Sans eux, pas de programmation de machine à laver, de four, de thermostat, etc. Le comportement d'un condensateur peut être étudié avec un microcontrôleur comme la carte Arduino et notamment sa charge et sa décharge à travers un résistor en série.
Comment étudier la charge et la décharge d'un condensateur pour mesurer sa capacité avec un microcontrôleur ?
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Doc. 1Montage de charge et décharge
Une borne du condensateur est reliée à la masse (fil noir), l'autre borne est reliée au résistor, lui-même relié au pin 8 de la carte Arduino. En branchant la borne commune du condensateur et du résistor à l'entrée analogique \text{A0} (mesure entre 0 V et 5 V) de la carte Arduino (fil jaune), il est possible de mesurer la tension aux bornes du condensateur.
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Doc. 2Carte Arduino
La carte Arduino est utilisée ici comme générateur de tension. Il est possible de régler la tension E sortant de la carte afin d'étudier sur le même circuit la charge et la décharge du condensateur. La décharge s'effectue en prenant une alimentation issue de l'Arduino nulle.
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Doc. 3Matériel à disposition
- Microcontrôleur Arduino UNO
- Condensateur de capacité C inconnue, de l'ordre de 10^{-4} F
- Trois fils et une plaque pour connexions
- Résistor de résistance R de l'ordre de 10^4 \:\Omega
- Ordinateur avec le logiciel Arduino IDE et un tableur-grapheur avec la notice
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Doc. 4Récupération des données de la carte
Le logiciel Arduino permet d'afficher les données renvoyées par la carte grâce au moniteur série qui affiche la liste des valeurs renvoyées accessibles via le menu « Outils ».
Ces données seront ensuite sélectionnées (Ctrl + A), copiées (Ctrl + C) et collées (Ctrl + V) dans un tableur.
Ces données seront ensuite sélectionnées (Ctrl + A), copiées (Ctrl + C) et collées (Ctrl + V) dans un tableur.
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Doc. 5Programmation de la carte Arduino
La programmation de la carte Arduino UNO peut s'effectuer à l'aide du logiciel Arduino IDE. Pour intégrer un programme dans la carte ou après tout changement, il est nécessaire de « téléverser » le programme à l'aide de cette icône en forme de flèche. On affiche le résultat de mesure à l'aide du moniteur série dans le menu « Outils ». Le langage de programmation Arduino permet de faire figurer des commentaires qui sont précédés d'une double barre oblique (slash en anglais) : « // ».
La ligne à ce moment-là n'est pas exécutée. Pour qu'elle le soit, il faut supprimer les slashs.
Sur la première ligne du programme est écrit :
// nombre de millisecondes entre chaque mesure long interval = \bold{10} ;
La ligne à ce moment-là n'est pas exécutée. Pour qu'elle le soit, il faut supprimer les slashs.
Sur la première ligne du programme est écrit :
// nombre de millisecondes entre chaque mesure long interval = \bold{10} ;
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pour retrouver le programme Arduino ece21.ino.
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Questions
1
Questions préliminaires (10 minutes conseillées)
On souhaite obtenir une courbe pour la charge d'environ 100 points.
1. Calculer l'ordre de grandeur du temps nécessaire à la charge complète du condensateur.
2. Proposer une valeur du nombre de millisecondes entre deux mesures à la place des 10 ms indiquées dans le doc. 5.
Appel n°1
Appeler le professeur pour lui présenter votre proposition, ou en cas de difficulté.
2
Acquisition des données (15 minutes conseillées)
3. Réaliser le montage présenté dans le doc. 1 afin d'étudier la charge du condensateur avec le résistor de résistance R connue.
4. Ouvrir le fichier ece21.ino à l'aide du logiciel Arduino IDE, puis modifier la valeur du nombre de millisecondes entre deux mesures sur la deuxième ligne du programme. Compiler et téléverser le programme.
5. Lancer le moniteur série, récupérer les données et les coller dans un tableur.
Appel n°2
Appeler le professeur pour lui présenter le montage, ou en cas de difficulté.
3
Traitement des données (35 minutes conseillées)
6. Les mesures de temps sont obtenues en milliseconde (ms). Expliquer comment créer une grandeur temporelle, en seconde (s), dans le tableur.
Les valeurs renvoyées par la carte sont des valeurs discrètes entières sur 10 bits.
7. Représenter la tension u_\text{C}(t) aux bornes du condensateur au cours de la charge.
Cliquez pour accéder à une zone de dessin
8. Proposer une méthode permettant de déterminer graphiquement le temps caractéristique \tau.
Appel n°3
Appeler le professeur pour lui présenter la méthode, ou en cas de difficulté.
9. À l'aide de la valeur de la résistance, déduire de la valeur du temps caractéristique la valeur de la capacité C du condensateur. La comparer à l'ordre de grandeur fourni dans les documents.
Défaire le montage et ranger la paillasse
Se Préparer aux ECE
Rédiger une synthèse qui explique la démarche à adopter ainsi que les branchements aux ECE nécessaires pour suivre l'évolution d'une tension aux bornes d'un condensateur.
Une erreur sur la page ? Une idée à proposer ?
Nos manuels sont collaboratifs, n'hésitez pas à nous en faire part.
j'ai une idée !
Oups, une coquille
