Après l’assimilation théorique, il est nécessaire de se confronter aux exercices circuit RLC série en régime sinusoïdal forcé 2ème bac. Ces séries de travaux dirigés PDF s’adressent spécifiquement aux lycéens des branches 2bac sciences physique et 2bac sciences maths. Elles ont pour but de vous familiariser avec la lecture des oscillogrammes, l’utilisation de la méthode de Fresnel pour déterminer l’impédance, et l’étude approfondie du phénomène de résonance électrique, y compris l’exploitation de la courbe de la bande passante.
Circuit RLC forcé – Exercices non corrigés 1.pdf
Circuit RLC forcé – Exercices non corrigés 2.pdf
Circuit RLC forcé – Exercices non corrigés 3.pdf
1. L’exploitation des oscillogrammes
L’une des compétences de base les plus évaluées au baccalauréat est la capacité à lire correctement un écran d’oscilloscope. Dans les exercices, on vous présentera généralement deux courbes superposées : l’une correspond à la tension globale u(t) aux bornes du circuit, et l’autre à la tension uR(t) aux bornes du conducteur ohmique.
Astuce cruciale : La tension uR(t) est proportionnelle à l’intensité du courant (uR = R.i). Par conséquent, la courbe de uR(t) vous donne directement l’image de l’évolution de l’intensité i(t) !
À partir de cet oscillogramme, vous devez être capable de :
- Mesurer la période T de l’onde pour en déduire la fréquence imposée f = 1/T.
- Calculer les amplitudes maximales (Um et URm), ce qui vous permet de déduire l’intensité maximale Im = URm / R.
- Mesurer l’écart temporel (τ) entre les passages par zéro des deux courbes pour calculer le déphasage absolu |Δφ| = ω.τ = 2π.τ/T. Vous devrez ensuite déduire son signe en repérant quelle courbe est en avance (celle qui atteint son maximum en premier dans le temps).
2. L’impédance et la construction de Fresnel
Plusieurs questions d’exercices portent sur le calcul direct ou l’utilisation de l’impédance Z. La méthode de Fresnel est un outil géométrique redoutable pour visualiser l’addition des tensions efficaces aux bornes des trois composants (R, L, C). La loi d’Ohm s’écrit U = Z.I pour l’ensemble du circuit.
Attention aux unités : Dans le calcul de l’impédance Z = √[(R+r)² + (L.ω – 1/(C.ω))²], veillez scrupuleusement à utiliser l’inductance en Henry (H), la capacité en Farad (F) et la pulsation ω en rad/s. Une simple erreur de conversion sur les microfarads (µF = 10⁻⁶ F) peut fausser tout l’exercice pour un élève de 2bac sciences physique.
3. L’étude de la bande passante et de la résonance
C’est le sommet du chapitre. La courbe de l’intensité efficace I en fonction de la fréquence f présente un pic caractéristique à la fréquence de résonance (f0 = 1 / (2π√(LC))).
L’exercice vous demandera souvent de déterminer graphiquement ou par calcul la bande passante à -3 dB. Elle correspond à l’intervalle de fréquences [f1, f2] pour lequel l’intensité efficace I reste supérieure ou égale à Imax / √2. La largeur de la bande passante (Δf = f2 – f1) dépend directement de la résistance totale du circuit. Plus la résistance est faible, plus le pic de résonance est aigu et la bande passante est étroite (le circuit est très sélectif).
Vous serez également amené à calculer le facteur de qualité Q = f0 / Δf. Si Q > 1, le circuit est qualifié de très sélectif.
Entraînez-vous activement en résolvant ces problèmes sur papier, en gardant toujours à l’esprit vos unités et les propriétés fondamentales du déphasage. La rigueur dans l’application des formules est la clé de ce chapitre.
