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Physique-ChimieTerminale🌊 Thème 3Chapitre 20Relation à savoir retrouver🟠 Important

Retrouver la solution uC(t) = E(1 − e−t/τ) et le sens de τ

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1.Objectif

Vérifier que uC(t) = E(1 − e−t/τ) est solution de l'équation de charge et interpréter τ.

2.Prérequis

  • Équation duC/dt + uC/τ = E/τ
  • Dérivée de e−t/τ : −(1/τ)·e−t/τ
  • Condition initiale uC(0) = 0

3.Situation physique

Le condensateur est initialement déchargé et se charge sous la tension E à travers R. On cherche l'expression de uC(t).

4.Démonstration étape par étape

Étape 1

Forme de la solution

Pour une équation duC/dt + uC/τ = constante, la solution est la somme d'une exponentielle et d'une constante.

uC(t) = A·e−t/τ + B
duCdt = −(Aτ)·e−t/τ

Étape 2

Constante B

En remplaçant dans l'équation, les termes en exponentielle se compensent : il reste B/τ = E/τ.

−(Aτ)e−t/τ + (Aτ)e−t/τ + Bτ = Eτ
B = E

Étape 3

Constante A

Le condensateur est déchargé à t = 0, et la tension à ses bornes est continue.

uC(0) = A + E = 0
A = −E

Étape 4

Valeur à t = τ

On calcule uC(τ) pour donner un sens concret à τ.

uC(τ) = E(1 − e−1) ≈ 0,63 E

5.Interprétation physique

τ est la durée au bout de laquelle le condensateur atteint 63 % de sa charge finale. Après environ 5τ, uC dépasse 99 % de E : on considère la charge terminée.

6.Résultat final

uC(t) = E(1 − e−t/τ)
uC(τ) ≈ 0,63 E ; uC(5τ) > 0,99 E

7.Conditions de validité

  • Condensateur initialement déchargé
  • Tension E constante à partir de t = 0

8.Erreurs fréquentes

  • Écrire e−tτ au lieu de e−t/τ.
  • Lire τ à 37 % de E sur une courbe de charge (c'est pour la décharge).
  • Oublier la condition initiale pour déterminer A.

9.À retenir

  • ✓ Solution = exponentielle + constante.
  • ✓ τ : 63 % de la valeur finale.
  • ✓ Régime permanent après ≈ 5τ.

10.Mini-vérification

Que vaut uC quand t tend vers l'infini ?

E.

Comment lire τ sur la courbe de charge ?

Abscisse du point où uC = 0,63 E (ou intersection de la tangente à l'origine avec uC = E).

Exercices associés

10 exercices corrigés du chapitre 20 pour t'entraîner.

Voir les exercices

Sources : Programme officiel de Terminale spécialité Physique-Chimie (Éduscol). Contenu reformulé pour Phylo.