Tracé d`une sinusoïde en EXAO

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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.
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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.
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•
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.
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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
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-
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.
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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.
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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
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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.
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« 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
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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
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