Séquence 13 : mesure des tensions alternatives

Alban du Plessis Mesure des tensions alternatives
Collège des Tilleuls – Annecy Page 1 sur 9 Physique - Chimie
Séquence 13 : mesure des tensions alternatives
Cours niveau troisième
Objectifs :
- Comprendre les courbes affichées par un oscilloscope (oscillogramme)
- Savoir mesurer la fréquence d’une tension périodique
- Connaître l’unité de la fréquence : le hertz (Hz)
- Connaître et savoir utiliser la relation entre la fréquence (f) et la période (T)
- Connaître les caractéristiques de la tension du secteur
- Savoir utiliser un voltmètre en mode alternatif (mesure tension efficace)
Voir également votre manuel pages 179 à 185
Rappels : ce que vous savez déjà
- La tension est notée U et s’exprime en volt (V)
- L’intensité du courant électrique est notée I et s’exprime en ampère (A)
- La résistance électrique d’un dipôle est notée R et s’exprime en ohm (Ω)
- La loi d’Ohm est U=RI
- une tension est périodique si un motif élémentaire se répète à intervalle de
temps régulier
- une tension est alternative si elle est alternativement positive puis négative
Définitions
Fréquence : nombre de périodes en une seconde. Elle se note f et s’exprime en
hertz (Hz).
Oscillogramme : courbe obtenue sur l’écran d’un oscilloscope.
Période : durée au bout de laquelle un phénomène périodique se répète. Elle se
note T et s’exprime en seconde (s).
Sinusoïde : courbe plane représentant les variations du sinus d'un angle.
Tension continue : tension dont la valeur est constante au cours du temps.
Tension variable : tension dont la valeur change au cours du temps.

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Tension périodique : tension variable dont la valeur se répète régulièrement au
cours du temps.
Tension alternative : tension variable qui prend alternativement des valeurs
positives et négatives. On définit une tension alternative par sa valeur maximum
notée Umax, sa période T (ou sa fréquence f) et par sa forme.
Valeur efficace : elle se mesure avec un voltmètre, elle est plus petite que la valeur
maximale. La valeur efficace d’un courant ou d'une tension, variable au cours du
temps, correspond à la valeur du courant continu ou de la tension continue
produisant un échauffement identique dans une résistance.
Valeur maximale : elle se mesure à l’aide d’un oscilloscope.
Situation
Sur un vélo, pour alimenter les lumières, on peut soit utiliser une dynamo soit utiliser
des piles. Observons sur l’écran d’un oscilloscope l’allure des tensions délivrées.
Observations :
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Fréquence (f) et période (T)
La période est la durée du motif élémentaire d’un phénomène qui se répète
identique à lui-même. La période se note T et s’exprime en seconde (s).
La fréquence est le nombre de périodes par seconde. La fréquence se note f et
s’exprime en hertz (Hz).
La relation liant la période (T) et la fréquence (f) est :
𝐟=𝟏
𝐓 que l’on peut écrire aussi 𝐓=𝟏 𝐟
Entrainement :
Quelle est la durée élémentaire d’un signal de fréquence 50 Hz ?
Réponse : ……………………………………………………………………………………...
Pile%
Dynamo%

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La fréquence de la note ‘’la’’ est 440 Hz, quelle est sa période ?
Réponse : ……………………………………………………………………………………...
On mesure 70 battements de cœur par minute chez un adulte au repos. A
quelle fréquence bat son cœur ?
Réponse : ……………………………………………………………………………………...
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Quelle est la fréquence de l’alternance jour/nuit ?
Réponse : ……………………………………………………………………………………...
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Aux Etats-Unis, la période de la tension électrique du secteur est 0,0167s,
quelle est la fréquence de cette tension ?
Réponse : ……………………………………………………………………………………...
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Les oscillogrammes
L’oscillogramme est ce que l’on peut voir sur l’écran de l’oscilloscope. Un
oscilloscope est un appareil de mesure qui permet de visualiser l’évolution au cours
du temps de tensions rapidement variables.
L’axe vertical de l’écran constitue l’axe des tensions.
L’axe horizontal de l’écran constitue l’axe du temps.
Motif élémentaire
Période
Tensions
négatives
Tensions
positives

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La largeur ou la hauteur d’un carreau définit une division. Horizontalement, une
division correspond à un temps. Verticalement, une division, correspond à une
tension.
Sur un oscilloscope, on peut régler :
- le balayage qui correspond à l’échelle de temps. On attribue une certaine
durée à la largeur d’un carreau. Le balayage s’exprime en seconde par
division (s/div) ou encore en milliseconde par division (ms/div)
- la sensibilité verticale qui correspond à l’échelle des tensions. On
attribue une certaine tension à la hauteur d’un carreau. La sensibilité verticale
s’exprime en volt par division (V/div)
Pour mesurer une période, il faut repérer un motif élémentaire, mesurer le nombre
de divisions occupées par ce motif et multiplier ce nombre par le balayage.
Par exemple si un motif élémentaire occupe la largeur de 5 carreaux et que le
balayage est de 2s/div alors la période T = 5 x 2 = 10 s
Pour mesurer une tension maximale (Umax), il faut repérer la position maximale (la
plus en haut) du signal ; mesurer le nombre de carreaux entre cette position
maximale et l’axe horizontal (qui correspond à une tension nulle). Il faut ensuite
multiplier ce nombre par la sensibilité verticale.
Par exemple si la position maximale se trouve 3 carreaux au dessus de l’axe
horizontal et que la sensibilité verticale est 2V/div alors Umax = 3 x 2 = 6V
Entrainement :
On réalise le montage ci-dessous :
Le signal obtenu est-il périodique ? Si oui, surlignez un motif élémentaire et mesurer
la période (T) (pensez à convertir les millisecondes en secondes).
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Quelle est la tension maximale (Umax) ?
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Entrainement :
Pour les trois oscillogrammes ci-dessus, le balayage est 0,5 s/div et la sensibilité
verticale est 2V/div.
Pour les signaux ci-dessus, indiquez lorsque cela est possible, la valeur de la
période ainsi que la tension maximale.
Oscillogramme
1
2
3
Période
Tension maximale
Les tensions alternatives périodiques
Etudier les oscillogrammes suivants et remplir le tableau.
1%
3%
2%
1
6
5
7
8
4
3
2