Najah.
Mon plan de révision⚡ Défi flash

Physique-Chimie · 2ème Année Bac — Sciences et Technologies Électriques

Le dipôle RL

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

  • La bobine : Composant caractérisé par son inductance $L$ (en Henry, H) et sa résistance interne $r$ ($\Omega$).
  • Tension aux bornes : $u_L = L \frac{di}{dt} + r \cdot i$. Si la bobine est idéale ($r=0$), alors $u_L = L \frac{di}{dt}$.
  • Équation différentielle : Lors de l'établissement du courant dans un circuit série (générateur $E$, résistance $R$, bobine $L, r$), on applique la loi d'additivité des tensions : $E = u_R + u_L$. D'où : $L \frac{di}{dt} + (R+r)i = E$.
  • Solution : $i(t) = I_0 (1 - e^{-\frac{t}{\tau}})$ avec $I_0 = \frac{E}{R+r}$ et $\tau = \frac{L}{R+r}$.
  • Constante de temps $\tau$ : Elle renseigne sur la rapidité de l'établissement du courant. Régime permanent atteint à $t \approx 5\tau$.
  • Énergie magnétique : Stockée dans la bobine : $E_m = \frac{1}{2} L i^2$.

Méthodes à maîtriser

  • Détermination graphique de $\tau$ : Utiliser la tangente à l'origine qui coupe l'asymptote horizontale à $t = \tau$.
  • Analyse dimensionnelle : Vérifier que $[\tau] = [L]/[R] = T$ (temps).
  • Exploitation de l'équation diff : Savoir montrer qu'une expression donnée est solution en dérivant et en remplaçant dans l'équation.

Exemples corrigés

  • Calcul de $\tau$ : Si $L = 0,5\text{ H}$ et $R_{total} = 100\text{ }\Omega$, alors $\tau = 0,5 / 100 = 5 \cdot 10^{-3}\text{ s} = 5\text{ ms}$.
  • Vérification de solution : Pour $i(t) = A(1 - e^{-t/\tau})$, on dérive : $\frac{di}{dt} = \frac{A}{\tau} e^{-t/\tau}$. En remplaçant dans $L \frac{di}{dt} + Ri = E$, on identifie les termes.

Erreurs fréquentes

  • Oublier la résistance interne $r$ de la bobine dans le calcul de $R_{total}$.
  • Confondre la tension aux bornes de la bobine $u_L$ avec la tension aux bornes de l'inductance pure $L \frac{di}{dt}$.
  • Croire que le courant s'établit instantanément.

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

Tu as appris les sciences en arabe ? Touche un mot pour voir sa traduction et une explication en darija.

La question que tu n'oses pas poser en classe ? Pose-la à UstadZéro jugement, même en darija, même à minuit. Il t'explique pas à pas et corrige ta démarche. Gratuit.

Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Le dipôle RL

1/4

Quelle est l'unité de l'inductance LL ?

❓ Questions fréquentes

Monsieur, pourquoi la bobine s'oppose-t-elle à l'établissement du courant ?

La bobine possède une propriété appelée auto-induction. Lorsqu'un courant varie dans la bobine, le flux magnétique qui la traverse varie aussi. Selon la loi de Lenz, la bobine crée une force électromotrice induite qui s'oppose à la cause qui lui a donné naissance, c'est-à-dire à la variation du courant. C'est pour cela que le courant ne monte pas instantanément à sa valeur maximale.

💡 À retenir : La bobine est un composant à "inertie" électrique.

Kifach n7seb tau ghir men l'mbyana (le graphique) ?

Pour trouver $\tau$ graphiquement :

  1. Trace la tangente à la courbe $i(t)$ à l'instant $t=0$.
  2. Identifie l'asymptote horizontale (la valeur maximale $I_0$).
  3. Le point d'intersection entre la tangente et l'asymptote a pour abscisse $t = \tau$.

💡 À retenir : La tangente à l'origine coupe l'asymptote à $t = \tau$.

Est-ce que l'énergie magnétique peut être négative ?

Non, l'énergie magnétique $E_m = \frac{1}{2} L i^2$ est toujours positive ou nulle. Comme $L > 0$ et que le carré de l'intensité $i^2$ est toujours positif, le résultat ne peut pas être négatif.

💡 À retenir : L'énergie stockée est proportionnelle au carré de l'intensité.

Chno hiya l'far9 bin bobine idéale et bobine réelle ?

La bobine idéale a une résistance interne $r = 0$. La bobine réelle possède une résistance interne $r \neq 0$ (due au fil de cuivre). Dans les exercices, si on te donne $r$, tu dois toujours l'ajouter à la résistance $R$ du circuit pour calculer la résistance totale $R_T = R + r$.

💡 À retenir : $u_L = L \frac{di}{dt} + r \cdot i$ pour une bobine réelle.

Comment on montre que i(t) = A(1 - e^{-t/tau}) est solution ?
  1. Dérive l'expression : $\frac{di}{dt} = \frac{A}{\tau} e^{-t/\tau}$.
  2. Remplace $i(t)$ et $\frac{di}{dt}$ dans l'équation différentielle $L \frac{di}{dt} + Ri = E$.
  3. Regroupe les termes en $e^{-t/\tau}$ et les termes constants.
  4. Pour que l'équation soit vraie pour tout $t$, les coefficients doivent être nuls. Tu trouveras alors les expressions de $A$ et $\tau$.

💡 À retenir : Une solution est valide si elle vérifie l'équation différentielle et les conditions initiales ($i(0)=0$).

Kifach n3ref wach l'circuit fih régime transitoire wla permanent ?

C'est simple :

  1. Régime transitoire : C'est la phase où le courant varie (de $t=0$ jusqu'à $t \approx 5\tau$). La dérivée $\frac{di}{dt}$ n'est pas nulle.
  2. Régime permanent : C'est quand le courant devient constant ($i = I_0 = \text{constante}$). Ici, $\frac{di}{dt} = 0$, donc $u_L = r \cdot I_0$.

💡 À retenir : En régime permanent, la bobine se comporte comme un simple conducteur ohmique de résistance $r$.

Pourquoi on dit que la bobine est un dipôle qui "lisse" le courant ?

Parce qu'elle empêche les variations brutales de l'intensité. Si on ouvre ou ferme un interrupteur, le courant ne saute pas instantanément de 0 à $I_0$ ou inversement ; il suit une courbe exponentielle. Elle "adoucit" la transition.

💡 À retenir : La bobine s'oppose aux variations du courant.

Est-ce que la constante de temps tau dépend de la tension E du générateur ?

Non, $\tau = \frac{L}{R+r}$. Elle ne dépend que des caractéristiques du circuit (inductance et résistances). Augmenter $E$ augmente la valeur finale du courant $I_0$, mais ne change pas la vitesse à laquelle il s'établit.

💡 À retenir : $\tau$ est une caractéristique temporelle propre au circuit RL.

Si on augmente la résistance R, qu'est-ce qui arrive à tau ?

Si tu augmentes $R$, le dénominateur de $\tau = \frac{L}{R+r}$ augmente, donc $\tau$ diminue. Le courant s'établit plus rapidement, mais sa valeur maximale $I_0 = \frac{E}{R+r}$ sera plus faible.

💡 À retenir : Une grande résistance rend le régime transitoire plus court.

Pourquoi uL est maximale à t=0 lors de la fermeture ?

À $t=0$, $i(0) = 0$. D'après la loi des mailles $E = u_R + u_L$, on a $u_L = E - R \cdot i$. Comme $i=0$, alors $u_L = E$. C'est la valeur maximale. Ensuite, $i$ augmente, donc $u_R$ augmente, et $u_L$ diminue jusqu'à $r \cdot I_0$.

💡 À retenir : À $t=0$, la bobine "encaisse" toute la tension du générateur.

Est-ce que l'unité de L/R est bien la seconde ?

Oui. $[L] = [u] \cdot [t] / [i]$ et $[R] = [u] / [i]$. Donc $[L/R] = ([u] \cdot [t] / [i]) / ([u] / [i]) = [t]$. C'est bien une durée.

💡 À retenir : L'analyse dimensionnelle est un excellent moyen de vérifier ses formules.

Est-ce que la bobine consomme de l'énergie ?

Oui, si elle a une résistance interne $r$, elle dissipe de l'énergie par effet Joule ($P = r \cdot i^2$). Par contre, l'énergie magnétique stockée ($1/2 L i^2$) peut être restituée au circuit.

💡 À retenir : Seule la partie résistive dissipe de l'énergie sous forme de chaleur.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Un circuit série comporte un générateur de tension $E=6\text{V}$, une bobine ($L=0,2\text{H}, r=10\text{ }\Omega$) et un conducteur ohmique $R=20\text{ }\Omega$.

  1. Établir l'équation différentielle vérifiée par $i(t)$.
  2. Déterminer la valeur de l'intensité en régime permanent.
  3. Calculer la constante de temps $\tau$.
Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Exercice 2

On utilise un oscilloscope pour visualiser $u_R(t)$ aux bornes d'un résistor $R=100\text{ }\Omega$ dans un circuit RL. On trouve $\tau = 2\text{ ms}$.

  1. Calculer l'inductance $L$ de la bobine (supposée idéale, $r=0$).
  2. Si on remplace la bobine par une autre de même inductance mais avec $r=50\text{ }\Omega$, comment évolue $\tau$ ?
Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Exercice 3

Soit $i(t) = I_0(1 - e^{-t/\tau})$.

  1. Montrer que $u_L(t) = E \cdot e^{-t/\tau}$ pour une bobine idéale ($r=0$).
  2. Calculer l'énergie magnétique stockée en régime permanent.
Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Un prof de Physique-Chimie pour aller plus loin

Les cours du soir avec des profs vérifiés arrivent : inscris-toi pour être prévenu(e) en premier.

Être prévenu(e) gratuitement

Autres chapitres de Physique-Chimie