Document du professeur 1/9 Niveau 3ème Physique – Chimie TRACE D’UNE SINUSOIDE EN EXAO Programme Cette séance expérimentale illustre la partie de programme ci-dessous, parue dans l'annexe IV à l'arrêté du 6 avril 2007 publié au BO hors série n° 6 du 19 avril 2007, afin de tenir compte du socle commun de connaissances et de compétences au collège (B.O. n° 29 du 20 juillet 2006). B - ÉNERGIE ÉLECTRIQUE ET CIRCUITS ÉLECTRIQUES EN « ALTERNATIF » B.1 - De la centrale électrique à l’utilisateur Connaissances Capacités Exemples d'activités TENSION CONTINUE ET TENSION ALTERNATIVE PÉRIODIQUE Qu'est-ce qui distingue la tension fournie par le «secteur» de celle fournie par une pile ? Construire une représentation graphique de l'évolution d'une tension alternative périodique ; en décrire l’évolution. Reconnaître une tension alternative périodique. Déterminer graphiquement sa valeur maximale et sa période. Relever point par point les variations au cours du temps d'une tension alternative périodique. Construire à la main et/ou à l’aide d’un tableurgrapheur la courbe représentant les variations d’une tension alternative périodique en fonction du temps. [B2i] [Technologie : Architecture et cadre de vie (domotique) ; Énergie et environnement] [Mathématiques: ordre de grandeur, notation scientifique, représentation graphique] Pré requis de l’élève : o L’élève sait mesurer la tension aux bornes d’un générateur. o L’élève sait tracer et analyser un graphique. Mots-clé o o o o o o Tension Périodique Période Alternative Continue Voltmètre Liste de matériel Poste élève o Générateur TBF o Interface Orphy USB ou Interface Orphy Portable Graphique o Fils de connexion noirs o Fils de connexion rouges o Capsule Voltmètre +/- 15 V Références 04730 21525 21390 60010 60011 21702 Remarque : une mallette complète rassemblant tout le matériel de base dont vous avez besoin pour un équipement partagé SVT/Physique Chimie est disponible sous la référence 22510 avec l’interface Orphy USB ou sous la référence 22509 avec l’interface Orphy Portable Graphique. © PIERRON 2008 Tracé d’une sinusoïde en EXAO (page 1) Document du professeur 2/9 Remarques et astuces : • Explications concernant la fenêtre « paramètres de l’acquisition ». Pour accéder à cette fenêtre, l’élève peut soit faire un clic droit sur l’écran une fois le logiciel « Orphy » lancé et prêt à l’acquisition, puis un clic gauche sur paramètres (voir cicontre) ou cliquer sur l’icône dans la barre des tâches. L’élève peut définir le temps de l’acquisition ainsi que le nombre de points et leurs intervalles. Dans le menu déroulé abscisse par défaut il y est indiqué le temps t(s) Dans le menu déroulé Priorité vous trouverez deux possibilités : - Echantillon fixe. - Temps total fixe. Choisissez Echantillon fixe. Rentrer les informations suivantes : • Durée totale de l’acquisition. • Période d’échantillonnage. • Nombre de points de mesure, cette information s’ajuste automatiquement « mais on ne peut pas dépasser 1024 points » Il est conseillé de rentrer les valeurs dans l’ordre. Explication : La période d’échantillonnage. C’est le délai entre chaque mesure : c’est au bout de quelques essais que vous adapterez votre échantillonnage afin d’obtenir la courbe la plus lisse possible. Durée totale de l’acquisition. Celle-ci va dépendre de la fréquence du GTBF si vous voulez une ou plusieurs périodes. Vous serez peut être amené à faire des rectifications en fonction des résultats obtenus. Nombre de points de mesure. Au maximum 1024 points sont enregistrés à chaque acquisition. • Effacer des données ou des courbes Si l’acquisition ne vous satisfait pas il est possible d’effacer la courbe : Clic droit au milieu du graphique, un menu s’affiche : Clic gauche sur Effacer données et la courbe sera effacée et irrécupérable. Si vous avez fait l’acquisition de plusieurs courbes, pour en effacer une seule, sélectionner la poubelle (dans la barre d’outils en haut à gauche de l’écran) en effectuant un clic gauche sur celle-ci, puis un clic gauche sur la courbe à effacer. Pour arrêter l’utilisation de la gomme, clic droit. © PIERRON 2008 Tracé d’une sinusoïde en EXAO (page 2) Document du professeur 3/9 • Fin de l’acquisition. Une fois l’acquisition terminée, si vous souhaitez avoir la courbe dans son intégralité cliquez sur graphique dans la barre des tâches en bas à gauche. Si vous souhaitez avoir les données du tableau et les transférer dans un tableur, cliquez sur données. Si vous souhaitez avoir simultanément le graphique et les données du tableau, cliquez sur ensemble. • Fonctions accessibles depuis la barre des tâches de la fenêtre expérience. Ajouter du texte Tirer un trait Ajouter un astérisque (numéro sur le graphe) Ajouter un repère Effacer Loupe Loupe automatique – échelle pleine Augmenter la taille des valeurs du graphe Sélectionner une partie des données pour les transférer Transférer tout le graphe • Obtenir plusieurs courbes Il est possible de lancer plusieurs acquisitions successivement. Après avoir obtenu une ou plusieurs acquisitions dans un même graphe il est possible de les séparer, pour cela il faut avec le clic droit de la souris, cliquer en plein milieu du graphique et un menu s’affiche : Descendre le curseur de la souris jusqu'à l’endroit indiqué Séparer. Vous obtiendrez des courbes bien distinctes. Pour grouper les mesures vous faites la même opération mais au lieu de cliquer sur «séparer » vous cliquez sur Grouper. Prolongement technique : Enregistrement du graphe et des données Pour Enregistrer le graphe, aller dans « Menu / Fichier / Enregistrer sous ». Une seconde fenêtre s’ouvre donner un nom à votre fichier et cliquer sur OK. © PIERRON 2008 Tracé d’une sinusoïde en EXAO (page 3) Document du professeur 4/9 Il est fortement conseillé de créer un dossier Physique dans le C:\ ou si l’ordinateur est sur le réseau kwartz dans le lecteur H:\ travail : Compétences qu’il est possible d’évaluer Expérimentales Théoriques © PIERRON 2008 - Déterminer le « motif élémentaire » d’une tension alternative sinusoïdale. Déterminer graphiquement la période et les valeurs maximale et minimale d’une tension alternative sinusoïdale. - Reconnaître une tension variable. Reconnaître une tension alternative périodique. Tracé d’une sinusoïde en EXAO (page 4) Document du professeur 5/9 Nom : Prénom : Classe : Date : Objectifs : Physique – Chimie TRACE D’UNE SINUSOIDE EN EXAO - Tracer le graphe d’une tension alternative sinusoïdale en utilisant une interface d’acquisition. - Déterminer le « motif élémentaire » d’une tension alternative sinusoïdale. - Déterminer graphiquement la période et les valeurs maximale et minimale d’une tension alternative sinusoïdale. Activité 1 : Mettre en évidence une tension alternative 1. Expérience avec les DEL 1.1 Réaliser le montage représenté ci-dessous 1.2 Allumer votre console graphique portable. 1.3 Ouvrir le logiciel Visuel Orphy. © PIERRON 2008 Tracé d’une sinusoïde en EXAO (page 5) Document du professeur 6/9 1.4 Double clic sur Mesures directes : vous vous trouvez devant une nouvelle fenêtre vous indiquant que la console est bien reconnue ainsi que son capteur : ici un voltmètre +15 / -15V. Double clic sur vumètre Observer l’éclat des DEL. Que remarquez-vous ? Les DEL clignotent alternativement. Lorsque la DEL rouge est allumée, la DEL verte est éteinte et inversement. Que peut-on dire du sens du courant électrique ? Le courant électrique change de sens de manière périodique. Observer l’indication du vumètre Comment évolue la tension au cours du temps ? La tension varie au cours du temps : c’est une tension variable. Elle prend des valeurs alternativement positives et négatives qui se répètent au cours du temps de façon régulière : c’est une tension alternative périodique. Activité 2 : Etude de la tension délivrée par un générateur TBF – Acquisition. Double clic sur temporel © PIERRON 2008 Tracé d’une sinusoïde en EXAO (page 6) Document du professeur 7/9 Clic gauche sur l’icône dans la barre des tâches Une nouvelle fenêtre active apparaît intitulée : Paramètres de l’acquisition . Indiquer la durée totale de l’acquisition (ici 30 s) et la période d’échantillonnage c'est-à-dire la durée qui s’écoule entre chaque mesure (ici 50 ms). Cliquer sur poursuivre. Vous êtes maintenant prêt à lancer votre première mesure. Rajouter un Vumètre pour observer l’évolution de la tension en cliquant sur fenêtre à gauche du graphe. pour faire apparaître la nouvelle LANCEMENT DE L’ACQUISITION Cliquer sur Pour arrêter l’acquisition avant la fin cliquer sur Cliquer sur pour enlever le vumètre. © PIERRON 2008 Tracé d’une sinusoïde en EXAO (page 7) Document du professeur 8/9 « Acquisition type » Activité 3 : Etude de la tension délivrée par un générateur TBF Détermination graphique de la période et des valeurs maximale et minimale de la tension étudiée. La tension représentée est-elle alternative ? oui car elle prend des valeurs alternativement positives et négatives La tension représentée est-elle périodique ? oui car les valeurs se répètent régulièrement au cours du temps. Pour trouver la valeur maximale de la tension, notée U max, cliquer sur Tampon dans la barre des tâches situées en bas à gauche de la courbe. Positionner le pointeur de la souris pour déterminer graphiquement U max et U min. Puis pour désactiver le tampon, appuyer sur Echap. Quelle est la valeur maximale Umax de la tension ? Umax = 8,9 V Faire de même pour la valeur minimale Umin. Quelle est la valeur minimale U min de la tension ? U min = – 8,9 volts Quelle relation existe-t-il entre Umax et Umin ? Umax et Umin sont opposés : Umin = - Umax Repérer sur la courbe le motif élémentaire, qui doit être le plus petit possible et qui se répète régulièrement. Déterminer la durée de ce motif, appelé période T, en utilisant encore une fois le tampon. T = 28,9 – 0,8 = 28,1 s © PIERRON 2008 Tracé d’une sinusoïde en EXAO (page 8) Document du professeur 9/9 Activité 4 : Indication des valeurs minimale, maximale, et de la période sur la courbe. Utiliser sur la barre des tâches située à gauche du graphe : - l’icône - l’icône pour ajouter un texte sur la courbe. pour tracer des lignes sur la courbe. - l’icône pour indiquer des repères à différents endroits de la courbe, délimiter un motif élémentaire et ainsi repérer la période sur le graphe. - l’icône pour supprimer une ligne, du texte etc.… à différents endroits de la courbe. « Courbe type avec les indications recherchées » EN CONCLUSION : Une tension alternative prend alternativement des valeurs positives et négatives. Une tension alternative est caractérisée par : - sa période T exprimée en seconde (s) qui correspond à la durée d’un motif élémentaire qui se reproduit identique à lui-même à chaque nouvelle période. - Sa valeur maximale Umax exprimée en volts (V) qui est la valeur la plus élevée de la tension et qui est égale à l’opposé de sa valeur minimale : Umax = - Umin © PIERRON 2008 Tracé d’une sinusoïde en EXAO (page 9)