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Mais où est donc passé cette énergie ?

Posté par
J-P Posteur d'énigmes
24-01-08 à 16:48

Salut à tous:

Soit le montage suivant:

Mais où est donc passé cette énergie ?

Les 2 condensateurs C1 et C2 ont une même capacité C (par exemple 1 µF chacun).
Le condensateur C1 est initialement chargé sous la tension U0 et le condensateur C2 est déchargé, l'interrupteur K est ouvert.

On ferme l'interrupteur K et un calcul facile montre que la charge du condensateur C1 se répartit entre les 2 condensateurs, et on se retrouve aves les 2 condensateurs en parallèle sous une tension Uo/2.

Jusqu'ici, pas de problème, mais ...

Si on calcule l'énergie emmagasinée dans les condensateurs avant la fermeture de l'interrupeur, on a:
E1 = (1/2).C.Uo² pour le condensateur C1
E2 = 0 pour le condensateur C2
L'énergie totale est donc : E = (1/2).C.Uo²

Si on calcule l'énergie emmagasinée dans les condensateurs après la fermeture de l'interrupeur, on a:
E1 = (1/2).C.(Uo/2)² pour le condensateur C1
E2 = (1/2).C.(Uo/2)² pour le condensateur C2
L'énergie totale est donc : E' = 2*(1/2).C.(Uo/2)², soit:
E' = (1/4).C.Uo²

On constate donc que la moitié de l'énergie a disparu.

Où est donc passée cette énergie ?

Reponses en blanké SVP.

Posté par
frenicle
re : Mais où est donc passé cette énergie ? 24-01-08 à 19:44

Bonsoir J-P

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Cordialement
Frenicle

Posté par
infophile
re : Mais où est donc passé cette énergie ? 25-01-08 à 16:19

Bonjour

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Posté par dellys (invité)re : Mais où est donc passé cette énergie ? 25-01-08 à 18:17

Bonsoir,

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w@lid

Posté par
lafol Moderateur
re : Mais où est donc passé cette énergie ? 25-01-08 à 22:09

Bonjour

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Posté par
infophile
re : Mais où est donc passé cette énergie ? 26-01-08 à 19:50

Verdict ?

Posté par
J-P Posteur d'énigmes
re : Mais où est donc passé cette énergie ? 26-01-08 à 21:03

Merci à tous pour la participation.

Supposons le circuit suivant.

Mais où est donc passé cette énergie ?

A la fermeture de l'interrupteur :

U(C1) - Ri  - U(C2) = 0
i = -C1.dU(C1)/dt = C2.dU(C2)/dt

dU(C1)/dt  - M.d²i/dt² - dU(C2)/dt = 0
  
-i/C1 - Rdi/dt  - i/C2 = 0

Et comme C1 = C2 = C

Rdi/dt + 2i/C = 0
di/dt + 2i/(RC) = 0

Equation différentielle dont les solutions sont :

i = A.e^((-2/(RC))t)

i(0) = Uo/R -->

i(t) = (Uo/R) * e^((-2/(RC))t)

L'énergie dissipée dans R est donnée par :

E = \int_0^{ \infty}\ R.i^2\ dt

E = \frac{R.U_o^2}{R^2}.\int_0^{ \infty}\ e^{-\frac{4}{RC}t} dt

E = \frac{R.U_o^2}{R^2}.[-\frac{RC}{4}.e^{-\frac{4}{RC}t}]_0^{\infty}

E = \frac{R.U_o^2}{R^2}.[-\frac{RC}{4}].[0-1]

E = \frac{R^2.C.U_o^2}{4.R^2}

E = \frac{C.U_o^2}{4}

Et donc on voit que l'énergie dissipée par la résistance est (1/4)C.Uo², elle ne dépend donc pas de la valeur de R.
Et donc c'est vrai aussi pour R -> 0.

Si R -> 0, I(0) -> oo et l'intégrale qui donne E reste égale à (1/4).C.Uo²

Comme l'énergie initiale du circuit était contenue dans C et valait (1/2).C.Uo², on voit donc que la moitié de cette énergie est dissipée dans la résistance du circuit et ceci même si cette résistance tend vers 0.
-----
Remarque:

En pratique, il y a aussi une inductance due aux connexions, on peut recommencer les calculs précédents pour le circuit RLC, on aura une équation différentielle du second degré pour i(t).
Mais en calculant d'énergie perdue dans R à partir de cette expression de i, on trouve pareillement que la résistance dissipe la moitié de l'énergie initiale et ceci quelle que soit la valeur de R.
-----
Salut lafol.

Lorsque K est fermé on a ceci:

Mais où est donc passé cette énergie ?

On peut considérer que les condensateurs sont en //.

Posté par
infophile
re : Mais où est donc passé cette énergie ? 27-01-08 à 12:26

Merci J-P

Posté par
gui_tou
re : Mais où est donc passé cette énergie ? 28-01-08 à 19:25

Bonjour à tous

J-P, que se passe-t-il concrètement ? Je veux dire, la résistance vient des défauts des condos et des fils, et elle tend vers 0. Mais si l'intensité tend vers +oo alors les fils grillent, non ?

Posté par
Ju007
re : Mais où est donc passé cette énergie ? 28-01-08 à 19:26

Bonjour,

elle me parait surréaliste comme réponse...

Posté par
J-P Posteur d'énigmes
re : Mais où est donc passé cette énergie ? 28-01-08 à 20:09

Non gui_tou, les fils ne vont pas griller.

L'énergie dissipée dans les la résistances des fils (et dans les "défauts" des condensateurs et dans la résistance faible de K) est égale à (1/4)C.Uo².
Cette énergie est finie (par exemple avec des condensateurs de 1 µF et Uo = 12 volts par exemple, l'énergie qui sera dissipée est de 0,000036 J.

En connaissant la masse des fils de connexion (bien que faible) et la capacité thermique du cuivre (ou de la matière qui constitue les fils), on peut aisément calculer l'élévation de température de ceux-ci. Elle sera négligeable.

Il ne faut pas frémir si on pense que le courant peut monter à une très haute valeur (en pratique, pas si haute à cause de la présence de L, mais soit). Si le courant à une grande valeur, son temps de passage est quasi nul et comme le calcuu l'a montré cela correspond à une énergie dissipée bien finie (et c'est l'énergie qui échauffe les fils).

Et non Ju007
La réponse n'a rien de surréaliste.

Posté par
frenicle
re : Mais où est donc passé cette énergie ? 28-01-08 à 20:31

Bonjour

je me pose quand même la question : que se passe-t-il dans le cas d'un supraconducteur (strictement aucun effet Joule). J'ai l'impression que l'état d'équilibre n'est jamais atteint, que les charges oscillent entre les deux condensateurs, et que l'énergie reste constante = CU²/2.
Mais je ne suis pas sûr du tout.
Quelqu'un peut confirmer ?

Posté par
J-P Posteur d'énigmes
re : Mais où est donc passé cette énergie ? 29-01-08 à 10:56

Oui frenicle, si on avait un circuit avec pertes nulles (R strictement = 0), comme il y a de toute manière de l'inductance (là pas moyen de la supprimer entièrement).
On aurait alors une oscillation qui durerait éternellement, son amplitude en courant serait Uo*racine(C/L) et sa pulsation 1/racine(LC)

Mais en pratique, cela ne se fera jamais.
En supra conductivité, le résistance devient parfois immesurable par nos procédés actuels mais n'est pas strictement nulle sauf peut-être avec la "supra conductivité conventionnelle" au zéro absolu, mais il est impossible à atteindre (heureusement).
Dans les autres types de supraconductiblité possible avec certains matériaux (dite à haute température, bien que toujours actuellement inférieure à -136°C), il reste un "rien" de résistance, quasi nulle (mais le quasi est important).
De plus, la plupart des condensateurs ont un angle de perte du à leur isolant. Cela se traduit par des pertes Joules qui dépendent de la fréquence (augmentent avec la fréquence) et donc en pratique, l'oscillation  du circuit LC finira toujours par s'amortir (et avec 1/4 C Uo² perdu dans l'aventure).

Le cas thorique à résistance strictement nulle aboutit à une oscillation qui dure indéfiniment, mais cela reste une vue de l'esprit impossible à atteindre. (Tout comme la machine à mouvement perpétuel).







    

Posté par
frenicle
re : Mais où est donc passé cette énergie ? 29-01-08 à 19:37

OK merci J-P

Posté par
MatOfScience
re : Mais où est donc passé cette énergie ? 22-03-08 à 16:00

Bonjour, lorsque vous fournissez vos réponses, il y a des moments où je vois "Cliquez pour afficher", pour que la réponse apparaisse, comment vous faites ça.

Merci.

Posté par
simon92
re : Mais où est donc passé cette énergie ? 22-03-08 à 16:05

Salut, il suffit de mettre le message que tu veux cacher entre les balises "blank" puis "/blank" a la fin de ton message en mettant des crochets pour encadrer les blank et /blank. Pour faire a pparaitre les balises sans tapper ce message, clique sur le bouton avec un point d'interogation en dessous de la ou tu tappe ton message.
Cette fonction n'est disponible que dans la partie détente du forum

Posté par
ThierryMasula
Mais où est donc passé cette énergie ? 25-03-08 à 19:13

Si l'énergie est importante, on peut aussi observer une étincelle !

Posté par
J-P Posteur d'énigmes
re : Mais où est donc passé cette énergie ? 25-03-08 à 19:23

ThierryMasula,
  
Penses-tu que l'étincelle modifiera l'état final (soit l'énergie restant dans les condensateurs à la fin de l'essais) ?

Dit autrement, si on fait la connexion via un interrupteur qui rébondit beaucoup et provoque de fortes étincelles ou bien à travers un contact quasi parfait dans le vide pour éviter les étincelles, le résultat énergétique final dans les condensateurs sera-t-il différent ?
  
Je peux te dire que la réponse est non.
  
Ce qui ne signifie pas, évidemment qu'il n'y a pas eu de l'énergie dissipée dans l'étincelle, mais simplement que le résultat final ne dépend pas de la présence ou non d'une étincelle.

Posté par
ThierryMasula
Mais où est donc passé cette énergie ? 26-03-08 à 20:50

Je suis tout à fait d'accord avec l'explication donnée.

Je voulais simplement mettre en évidence que l'énergie devait effectivement être dissipée sous une forme ou une autre. J'avais le sentiment que l'effet Joule n'étant pas visible ou tangible (l'échauffement des conducteurs étant faible...), l'étincelle était simplement un phénomène plus perceptible.



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