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Chapitre n°7
Tension électrique aux bornes des prises de courant :
une tension alternative
troisième
Année scolaire 2007 - 2008
A la fin du chapitre, je dois être capable de :Identifier une tension continue et une tension alternative.
Reconnaître le motif élémentaire d’une tension périodique.
Déterminer graphiquement la valeur maximum et la période d’une tension périodique.
Déterminer la période, la fréquence et la valeur maximum à partir d’un oscilloscope.
Régler un oscilloscope .
Construire une représentation graphique à partir d’un tableau de mesures.
1. Comparons la tension aux bornes d’une pile avec la tension aux bornes des prises de courant.
Informations utiles :
1. Une alimentation produit un courant continu.
2. Un GBF produit un courant alternatif équivalent à une prise de courant.
3. Une DEL s’allume seulement quand son sens passant correspond au sens du courant.
+
Sens passant de la diode
+
Sens passant de la diode
Observation : la DEL reste éteinte. Observation : la DEL s’allume.
On ferme l’interrupteur dans les deux
circuits.
DEL n°1
DEL n°2
GBF+
DEL n°1
DEL n°2
Alimentation
courant continu (pile) courant alternatif (prise)
Objectif 1 : Quel est le sens du courant alternatif ?
1.Notez vos observations pour chaque montage.
2. Que pouvez-vous de ces observations sur le sens du courant dans le cas d’un courant continue et d’un courant alternatif ?
Un courant continu circule dans un sens unique (de la borne + vers la borne – de l’alimentation).
Un courant alternatif change de sens alternativement.
A retenir
Objectif 2 : A quoi ressemblent une tension continue et une tension alternative ?
On va mesurer la tension continue aux bornes d’une alimentation tous les 20 secondes pendant 3 minutes. ?
Tableau 1
On va mesurer la tension alternative aux bornes d’un GBF tous les 10 secondes pendant 3 minutes. ?
Tableau 2
Représentez sur une feuille de papier millimétrée la tension continue et la tension alternative en fonction du temps.
Axe des abscisses : temps en seconde
Axe des ordonnées : la tension en volt
.
Tension continue : tension aux bornes d’une pile.
Tension alternative : tension aux bornes d’un GBF.
Une tension alternative est une tension variable qui prend des valeurs alternativement positives et négatives.
Une tension continue garde la même valeur au cours du temps.
A retenir
Ecrivez la définition d’une tension continue et d’une tension alternative.
Repasser un rouge le motif élémentaire qui se répète à l’identique au cours du temps.
.
Tension continue : tension aux bornes d’une pile.
Tension alternative : tension aux bornes d’un GBF.
Une tension alternative est périodique quand on peut décomposer sa courbe en motifs élémentaires qui se répètent à l’identique dans le temps.
A retenir
En résumé :
Tension continue : valeur unique.
Tension alternative : valeurs positives et négatives.
Tension périodique : motif qui se répète dans le temps.
Identifiez ces trois tensions :
Tension alternative
et périodiqueTension continue Tension périodique
2. Les caractéristiques d’une tension alternative périodique.
Peut-on trouver un nombre réduit de paramètres pour identifier totalement une tension alternative périodique ?
Oui, il y a 3 paramètres : la période, la fréquence et la tension maximale.
Mesurez sur votre courbe la valeur de la période.
T = 100 s
Dans la pratique, on mesurera la période entre deux sommets consécutifs.
La période est la durée du motif élémentaire.
On la note T.
L’unité de la période est la seconde.
A retenir
Calculez la fréquence de votre tension alternative.
Je dois convertir la période en seconde pour utiliser cette relation.
On calcule la fréquence avec la relation : f = 1 / T
f = 1/ 100 = 0,01 Hz
La fréquence est le nombre de motifs élémentaires en 1 seconde.
On la note f.
L’unité de la fréquence est le Hertz (Hz).
A retenir
Mesurez sur votre courbe la valeur maximale de la tension.
Umax = 4,3 V
La valeur maximale de la tension est la plus grande valeur de la tension.
On la note Umax.
A retenir
3. L’utilisation d’un oscilloscope
Comment faire pour visualiser une tension alternative quand la période est de plus en plus petite ?
Un oscilloscope affiche une tension électrique en fonction du temps.
A retenir
En pratique, on règle les deux boutons pour obtenir une courbe sur l’écran la plus grande possible avec au moins deux sommets visibles .
Étapes pour régler le « zéro »
Étapes pour obtenir la courbe la plus grande sur l ’écran.
temps
Tension
0
C’est l’échelle sur l’axe horizontal : l’axe des temps.
en ms/carreau ou en µs/carreau
C’est l’échelle sur l’axe vertical : l’axe des tensions.
en V/carreau ou en mV/carreau
En pratique, on règle les deux boutons pour obtenir une courbe sur l’écran la plus grande possible avec au moins deux sommets visibles .
Vous pouvez trouvez un simulateur d’oscilloscope à l’adresse :
http://www.ac-poitiers.fr/sc_phys/cres_lr/eleves/oscillo
C’est l’échelle sur l’axe horizontal : l’axe des temps.
2 ms/carreau
Comment mesurer la période T avec un oscilloscope?
T
La période correspond à 3 carreaux.
La période est donnée par la relation :
T = 3 x 2 = 6 ms La période T est de 6 millisecondes
Comment mesurer la valeur maximale de la tension Umax ?
La tension maximale correspond à 2 carreaux.
La tension maximale est donnée par la relation :
Umax = 2 x 2 = 4 V
C’est l’échelle sur l’axe vertical : l’axe des tensions.
2 V/carreau
Umax
4. Peut-on utiliser un multimètre dans le cas d’une tension alternative ?
Un voltmètre en position AC mesure la tension efficace (notée Ueff).
A retenir
Y a-t-il une relation entre la tension maximale Umax et la tension efficace Ueff ?
Tension alternative périodique 1
Mesurez la tension maximale Umax et la tension efficace Ueff ?
Calculez le rapport Umax / Ueff .
Oscilloscope .
Voltmètre en position AC .
La tension maximale correspond à 3 carreaux.
L’échelle sur l’axe horizontale est réglée sur 2 V par carreau.
Un voltmètre en position AC mesure la tension efficace.
Umax = 3 x 2 = 6 V Ueff = 3,9 V
Mesurez la tension maximale Umax et la tension efficace Ueff ?
Calculez le rapport Umax / Ueff .
Tension alternative périodique 2
Voltmètre en position AC .
Umax = 1 x 2 = 2 V Ueff = 1,4 V
Mesurez la tension maximale Umax et la tension efficace Ueff ?
Calculez le rapport Umax / Ueff .
Tension alternative périodique 3
Voltmètre en position AC .
Umax = 2 x 5 = 10 V Ueff = 6,4 V
1. Comparez les rapports Umax / Ueff à 2, ½ , √2 .
2. Déduisez la relation qui relie la tension maximale et la tension efficace d’une tension alternative périodique ? Ecrivez la dans votre cours.
Tension alternative périodique 1 Umax / Ueff = 6 / 3,9 = 1,5
Tension alternative périodique 2 Umax / Ueff = 2 / 1,4 = 1,4
Tension alternative périodique 3 Umax / Ueff = 10 / 6,4 = 1,5
2. La tension maximale et la tension efficace sont reliées par : Umax / Ueff = √2 .
1. Les trois résultats se rapprochent plus de √2 (1,4).
On peut calculer la tension efficace par la relation :
Ueff = Umax
√2
A retenir
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