Pulsation de résonance et facteur de qualité

Difficile
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Énoncé

Un circuit RLC série comporte , et , alimenté par un générateur basse fréquence de tension maximale constante , de pulsation réglable.

Montage d'un circuit RLC série alimenté par un générateur basse fréquenceSchéma d'un circuit RLC série en régime sinusoïdal forcé. Un générateur basse fréquence, représenté par un cercle marqué d'une sinusoïde, occupe la branche de gauche et impose la tension u de t. Un conducteur ohmique de résistance R est placé en haut, une bobine d'inductance L à droite, et un condensateur de capacité C en bas. Une flèche-tension repère la tension délivrée par le générateur, une flèche bleue le sens conventionnel du courant i de t. Un encadré rappelle les valeurs numériques de l'exercice.Circuit RLC série en régime sinusoïdal forcéÀ la résonance, l'impédance se réduit à R et l'intensité est maximaleRLCGBFu(t)i(t)DonnéesR = 20 ΩL = 0,50 HC = 2,0 µFUm = 4,0 V ; ω réglable
Les trois dipôles sont en série : ils sont donc traversés par le même courant, et c'est ce qui permet d'additionner les tensions.

1. Rappeler la condition sur correspondant à la résonance d'intensité, et exprimer la pulsation de résonance en fonction de et .

2. Calculer numériquement .

3. Calculer l'intensité maximale obtenue à la résonance.

4. Le facteur de qualité du circuit est défini par . Calculer , puis calculer la tension maximale aux bornes de la bobine à la résonance, . Commenter le résultat obtenu par rapport à la tension du générateur.

Indices

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1 Indice 1
La résonance impose $L\omega_0 = \dfrac{1}{C\omega_0}$, d'où $\omega_0 = \dfrac{1}{\sqrt{LC}}$. L'impédance s'y réduit à $R$.
2 Indice 2
La surtension $Q\,U_m$ dépasse largement la tension du générateur : ce n'est pas une erreur de calcul mais une propriété du circuit à la résonance.

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La méthode — par où commencer

La résonance impose , d'où . L'impédance s'y réduit à .

La surtension dépasse largement la tension du générateur : ce n'est pas une erreur de calcul mais une propriété du circuit à la résonance.

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