Cours de quatrième

troisième
Tension électrique aux bornes
des prises de courant :
une tension alternative
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.
Construire une représentation graphique à partir d’un
tableau de mesures.
Régler un oscilloscope .
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.
+
+
On ferme
l’interrupteur
dans les deux
circuits.
Sens passant
de la diode
Observation : la DEL reste éteinte.
Sens passant
de la diode
Observation : la DEL s’allume.
Objectif 1 : Quel est le sens du courant alternatif ?
courant continu
Alimentation
+
(pile)
courant alternatif
(prise)
GBF
DEL n°1
DEL n°1
DEL n°2
DEL n°2
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 ?
A retenir
Un courant continu circule dans un sens unique (de la borne
+ vers la borne – de l’alimentation).
Un courant alternatif change de sens alternativement.
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.
. A retenir
Une tension alternative est une tension variable qui prend des
Ecrivez alternativement
la définition d’une
tensionetcontinue
et d’une tension
valeurs
positives
négatives.
alternative.
Une tension continue garde la même valeur au cours du
temps.
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.
. A retenir
Une tension alternative est périodique quand on peut
décomposer sa courbe en motifs élémentaires qui se répètent
à l’identique dans le temps.
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 périodique
Tension 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.
A retenir
La période est la durée du motif élémentaire.
On la note T.
L’unité de la période est la seconde.
Mesurez sur votre courbe la valeur de la période.
T = 100 s
Dans la pratique, on
mesurera la période
entre deux sommets
consécutifs.
A retenir
La fréquence est le nombre de motifs élémentaires
en 1 seconde.
On la note f.
L’unité de la fréquence est le Hertz (Hz).
On calcule la fréquence avec la relation : f = 1 / T
Je dois convertir la période en
seconde pour utiliser cette relation.
Calculez la fréquence de votre tension alternative.
f = 1/ 100 = 0,01 Hz
A retenir
La valeur maximale de la tension est la plus grande
valeur de la tension.
On la note Umax.
Mesurez sur votre courbe la valeur maximale de la tension.
Umax = 4,3 V
3. L’utilisation d’un oscilloscope
Comment faire pour visualiser une tension alternative quand la
période est de plus en plus petite ?
A retenir
Un oscilloscope affiche une tension électrique en
fonction du temps.
Étapes pour régler le « zéro »
Étapes pour obtenir la courbe
la plus grande sur l ’écran.
En pratique, on règle les deux boutons pour
obtenir une courbe sur l’écran la plus grande
possible avec au moins deux sommets visibles .
C’est l’échelle sur
l’axe horizontal :
l’axe des temps.
Tension
en ms/carreau ou
en µs/carreau
0
temps
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
Comment mesurer la période T avec un oscilloscope?
C’est l’échelle sur
l’axe horizontal :
l’axe des temps.
T
2 ms/carreau
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 ?
Umax
C’est l’échelle sur
l’axe vertical :
l’axe des
tensions.
2 V/carreau
La tension maximale correspond à 2 carreaux.
La tension maximale est donnée par la relation :
Umax = 2 x 2 = 4 V
4. Peut-on utiliser un multimètre dans le cas d’une
tension alternative ?
A retenir
Un voltmètre en position AC mesure la tension
efficace (notée Ueff).
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 .
La tension
maximale
correspond à
3 carreaux.
Oscilloscope .
Umax = 3 x 2 = 6 V
L’échelle sur
l’axe
horizontale est
réglée sur 2 V
par carreau.
Un voltmètre en
position AC
Voltmètre
en
mesure
la tension
efficace.
position AC .
Ueff = 3,9 V
Tension alternative périodique 2
Mesurez la tension maximale Umax et la tension efficace Ueff ?
Calculez le rapport Umax / Ueff .
Voltmètre en
position AC .
Umax = 1 x 2 = 2 V
Ueff = 1,4 V
Tension alternative périodique 3
Mesurez la tension maximale Umax et la tension efficace Ueff ?
Calculez le rapport Umax / Ueff .
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
1. Les trois résultats se rapprochent plus de √2 (1,4).
2. La tension maximale et la tension efficace sont reliées
par : Umax / Ueff = √2 .
A retenir
On peut calculer la tension efficace par la relation :
Ueff = Umax
√2