L’ENERGIE ET SES CONVERSIONS

Noter dans le cahier de texte pour la séance prochaine.

Les exercices sont à faire en fonction de la progression en classe.

Lire Documents pages 58-59 et activités 1-2 page 60-61.

Les exercices : "As-tu compris l'essentiel?" sont à faire automatiquement sur le cahier de brouillon ( exercices 1 à 5) page 63 (solutions p159 )

Cahier partie exercices : 6,7,11,13,17,18,20,23 pages64-67

Chapitre 6: Tension produite par les centrales électriques.( livre pages 58-67)

Les exercices « As-tu compris l’essentiel » de chaque chapitre sont à faire automatiquement sur le cahier de brouillon pendant toute l’année.

Tous les schémas de sciences physiques sont à réaliser UNIQUEMENT au crayon et à la règle.

Objectifs :

*Connaître la tension continue et la tension alternative.

* Connaître les caractéristiques d’une tension alternative.

L’ENERGIE ET SES CONVERSIONS

I) IDENTIFICATION D’UNE TENSION CONTINUE ( DC)

……….ET D’UNE TENSION ALTERNATIVE ( AC) On se propose de soumettre des dipôles ( Lampe , DEL colorée DEL_S , DEL bicolore DEL_B, moteur DC et buzzer )

à une tension continue et à une tension délivrée par un

Générateur Très Basses Fréquences GTBF et de noter les observations de chaque dipôle. Vérifier dans chaque cas le signe de la tension aux bornes du générateur

B) Tension délivrée par le générateur continu (DC) ou pile.

1) Schéma du montage et liste de matériel:

A) Activité expérimentale.

G

+ -

Dipôle à étudier V

2) Mode opératoire: ( dipôle=1 marche, dipôle=0 arrêt)

On ferme le bouton poussoir K et on déplace successivement le fil en positions m₁ à m₅. Pour chaque expérimentation, consigner les observations dans la ligne correspondante du tableau.

A B C D E

F G H I J

K L M N O

M

V

K

Tension Alternative

6V A.C

U<0 Tension

Continue - 6V D.C

U>0 Tension

Continue 6V D.C

Buzzer Moteur

DEL _B DEL _S

Lampe

Dipôles Tension

3)Tableau de mesure et observations.

TENSION POSITIVE +6V DC

TENSION NEGATIVE -6V DC

TENSION ALTERNATIVE 6V AC

* Tension continue positive U>0V ( dipôle=1 marche, =0 arrêt)

On ferme le bouton poussoir K et on déplace successivement le fil en positions m₁ à m₅. Consigner les observations de chaque dipôle dans la ligne correspondante .

U>0 Tension

Continue 6V D.C

Buzzer Moteur

DEL _B DEL _S

Lampe

Dipôles Tension

M =1D L=1 DEL_s =1

Verte

DEL_B =1 B =1

Doc 5,1L

A B C D E

F G H I J

K L M N O

M

V

K

* Tension continue négative U<0V

On ferme le bouton poussoir K et on déplace successivement le fil en positions m₁ à m₅. Consigner les observations de chaque dipôle dans la ligne correspondante .

U<0 Tension

Continue -6V D.C

Buzzer Moteur

DEL _B DEL _S

Lampe

Dipôles Tension

M =1G L=1 DEL_s =0 DEL_B =1

Rouge B =0

Doc 5,2L

A B C D E

F G H I J

K L M N O

M

V

K

C) Tension alternative 6V A.C

On remplace le générateur continu par le Générateur Très Basses Fréquences.

(GTBF ) et on procède de la même manière que précédemment .

Tension alternative 6V

A.C

Buzzer Moteur

DEL _B DEL _S

Lampe

Dipôles Tension

G Symbole du

Générateur alternatif

L=0,1,0,1 ^DELs=0,1,

0,0,1 DEL_B=1V,1R M =1D,1G B =0,1,0,0

Doc 5,3L

A B C D E

F G H I J

K L M N O

M

V

K

G

si son fonctionnement dépend

du sens du courant (tension): DEL_S , DEL_B , son fonctionnement ne dépend pas du sens du courant (tension): Lampe,

Il est polarisé

garde la même valeur et le même signe quelque soit la durée de fonctionnement du générateur.

prend alternativement des valeurs positives et valeurs négatives. Elle ne garde pas la même valeur et le même signe pendant une durée bien déterminée.

D) Conclusion

1*Tension continue ( DC ):

2*Tension alternative ( AC ) :

U=6V

t = durée

demain dans un mois dans un an dans dix ans

U= - 6V

t = durée U=6V

U= - 6V

dipôle non polarisé =

Anode I I Cathode

I ^DEL_B^=1V I ^DELB=1R

+

-

-

-

-

II) Comment produire une tension alternative ? A) Aimant ( Doc1a,2a).

N S

S N

N N

S S

Deux aimants de même pôles ( N-N, S-S) se repoussent et s'attirent quand ils sont de pôles opposés ( S -N, N-S).

Attraction

B) Électroaimant( Doc1b,2b).Electro=

Une bobine ( plusieurs spires ) parcourue par un courant devient un aimant. Selon le sens du courant, elle présente soit un pôle N ou S.

I

Pôle SUD

Pôle NORDI

N

S S

N S

S N

Attraction Répulsion

Deux électroaimants de même pôles ( N-N, S-S) se repoussent et s'attirent quand ils sont de pôles opposés ( S -N, N-S).

électricité=intensité du courant I

Répulsion

Lorsqu'on déplace un aimant

( bobine)devant une bobine (aimant), une tension variable apparaît

aux bornes de cette bobine.

D) Production d'une tension alternative. (Doc3) Expérience: aimant entraîné

par un moteur. On fait tourner un aimant près de la bobine:

on observe sur l'oscilloscope une tension alternative.

Alternateur de bicyclette, quand l'aimant tourne, on obtient une tension alternative aux bornes de la bobine.

E) Conclusion: la rotation d'un aimant devant une bobine fait apparaître une tension alternative aux bornes de cette bobine.

{ aimant en rotation = ROTOR = induit } ALTERNATEUR { bobine fixe = STATOR = inducteur }

+

=

C)Production d'une tension variable.(Doc3)

III) ETUDE DE LA TENSION AUX BORNES D’UN G.T.B.F Générateur Très Basses Fréquences)

A)Montage expérimental (Doc6). ^{20V DC}

G V

Touche DATA HOLD

B) Mode opératoire .

A chaque signal sonore ,un élève active la touche DATA HOLD du voltmètre lit la mesure et désactive ensuite. Le deuxième élève

consigne les valeurs expérimentales dans le tableau ci- dessous sans oublier le signe de la valeur ( observer la couleur de la DEL quand la tension est positive ou négative ).

Si on rate une valeur au cours des mesures, il faut recommencer dès le début.

On veut suivre l'évolution au cours du temps de la tension U aux

bornes du GTBF. Le travail sera effectué par bi ou trinôme.

Le GTBF est déjà préréglé. NE PAS Y TOUCHER.

Le G.T.B.F émet un bip toutes les cinq secondes .

U(V)

190 185

180 175

170 165 160 155 150 145

140 135

130 125 120

115 110 105 100

t(s) U(V)

95 90

85 80

75 70 65 60 55 50

45 40

35 30 25

20 15 10 5 t(s)

C) Tableau de mesures.

U(V)

t(s)

1 2 3 4 5 6

-1 -2 -3 -4 -5 -6

0 25 50 75 100 125 150 175

0 3,65 5,03 5,82 5,83 5,05 3,66 1,8 -0,4 -2,4 -4,2 -5,9 -5,6 -4,6 -3 -1 1,01 2,9

4,67 5,69 5,42 4,2 2,42 0,43 -1,7 -3,6 -5,1 -5,8 -5,7 -5,1 -3,5 -1,7 0,32 2,54 4,2 -5,4

5,91

. .

0

1,84

D

D) Tracé du graphique U = f ( t ).

U(V)

t(s)

1 2 3 4 5 6

-1 -2 -3 -4 -5 -6

0 25 50 75 100 125 150 175

E) Exploitation du graphique.

t₁ t₂

t₂ – t₁ =…..s 5,83VUm= V

-5,9V

-Um=- V

5,91VUm= V

-5,8V-Um=- V

F) Acquisition de la tension aux bornes d’un GTBF à l’aide de l’interface IP₂ ( Doc7 ).

Interface

IP2

Ordinateur

t(s) U(V)

0

Sonde "Voltmètre"

VLT

On remplace le voltmètre par la sonde voltmètre de l’interface IP₂. On obtient la courbe ci-dessous.

( Doc8 )

IV) Propriétés d'une tension alternative (caractéristiques) A) Période T en s (seconde):

U(V)

t(s) 1

2 3 4 5 6

-1 -2 -3 -4 -5 -6 0

25 50 75 100 125 150 175

T =

t₁ t₂

t₂ – t₁

Elle peut – être mesurée directement.

U(V)

t(s) 1

2 3 4 5 6

-1 -2 -3 -4 -5 -6 0

25 50 75 100 125 150 175

T

T

T

T T

T

T

C’est la durée du motif élémentaire: T = t₂ – t₁ = s La période est la durée au bout de laquelle le phénomène physique ( tension) se reproduit identiquement à lui-même.

Exemples de phénomènes périodiques:

3 T

B) Fréquence f en Hz (Hertz)

C’est le nombre de périodes effectuées en une seconde.

La fréquence se calcule à partir de la période T ( s ).

f = 1

T f T

1

f T = 1

T f

1

U(V)

t(s) 1

2 3 4 5 6

-1 -2 -3 -4 -5 -6 0

25 50 75 100 125 150 175

C) Valeur maximale U_m(V). Elle peut être mesurée directement.

+U

-U

+U

-U

C’est la plus grande valeur que la tension peut atteindre.

D) Valeur efficace U_eff en V (Volt ).

U _m U _eff =

2 U _eff

U _m

2

U _eff

U _m = 2

V) Autres tensions alternatives .( Partie exercices ) U (V)

t (ms)

T=

Valeur

Caractéristique

20ms =0,02s

0,02s

1 / ^0,02

= =50 Hz

+U_m +U_m

-U_m -U_m

6V

Valeur efficace

Fréquence

Valeur maximale

Période( T )

f =1 / T U_m

U_eff ( Doc9a )

U (V)

t (ms) 2

T=

Valeur

Caractéristique

10ms =0,01s

0,01s

1 / ^0,01

==100 Hz

+U_m

+U_m

-U_m -U_m

5V

Valeur efficace

Fréquence

Valeur maximale

Période( T )

f =1 / T U_m

U_eff ( Doc9b )

U(V) = 6 X SIN ( t )

t (ms) U (V)

T= 360ms=0,36s Tension

U

U

Valeur

Caractéristique

0,36s

=2,8 Hz

6V

Valeur efficace

Fréquence

Valeur maximale

Période

f =1 / T U_m U_eff

1 / ^0,36

== 3Hz

= 6

U_m / 2 2=^4,24V

T(s)

sinusoïdale

( Doc9c )