FICHE 1
Fiche à destination des enseignants TP 3ème P2
TENSION ALTERNATIVE
Type d'activité Activité expérimentale élèves / expérience de cours
Programme Connaissances
Tension continue et tension variable au cours du temps ; tension alternative périodique Période
Valeurs maximale et minimale d'une tension
La fréquence d'une tension périodique et son unité, le hertz (Hz), dans le Système International (SI) Relation entre la période et la fréquence
Capacités Reconnaître à l'oscilloscope une tension alternative périodique
Mesurer sur un oscilloscope la valeur maximale et la période d'une tension alternative périodique Identifier à des valeurs efficaces les valeurs des tensions alternatives indiquées sur les alimentations
Socle commun de connaissances et de compétences [Pilier 3]
Suivre un protocole donné (utiliser un appareil de mesure)
Mesurer (lire une mesure, estimer la précision d'une mesure, optimiser les conditions de mesure) Calculer, utiliser une formule
Exprimer un résultat, une conclusion par une phrase correcte (expression, vocabulaire, sens) Exprimer le résultat d'une mesure, d'un calcul (unité, précision...)
Présenter et expliquer l'enchaînement des idées (logique, rigueur, précision du vocabulaire) [Pilier 6]
Respecter les consignes de sécurité lors de la manipulation de produits chimiques ou de matériels dangereux
[Pilier 7]
Savoir lire les consignes avant de faire un travail Objectifs de
l'activité proposée
Sur l'alimentation stabilisée fournie généralement aux élèves, on peut sélectionner 4 positions (6V = ; 12V = ; 6V ~ ; 12V ~). Le but de cette manipulation est de comprendre ces indications et de les vérifier avec des appareils de mesures (oscilloscope, voltmètre numérique).
Cette activité à caractère expérimental peut servir à réinvestir les connaissances et capacités mises en oeuvre dans les thèmes :
« Tension continue et tension alternative périodique », « L'oscilloscope, et/ou l'interface d'acquisition, instrument de mesures de tension et de durée », « Le voltmètre en tension sinusoïdale ».
Pré-requis Tension continue et tension alternative périodique L'oscilloscope
Le voltmètre en tension sinusoïdale Conditions de
mise en œuvre
Durée : 1 h
Travail en classe entière par groupes de deux ou trois. Certains groupes travaillent avec une tension 6 V, d’autres avec 12 V. A la fin de la séance, on confronte les résultats pour conclure.
Matériel particulier par groupe :
une alimentation stabilisée (6 et 12V, en alternatif et continu) un oscilloscope
un voltmètre numérique qui pourra être utilisé en position "continu" et "alternatif"
Remarque : Le professeur peut faire le choix de réaliser lui-même la manipulation à son bureau. Il est souhaitable dans ce cas de filmer en direct l’expérience et de la projeter sur un écran assez grand.
La fiche élève est écrite pour une tension de 6 V. Il faut donc la modifier pour les groupes qui travaillent avec une tension de 12 V.
FICHE 2
Texte à distribuer aux élèves
TP 3ème P2
TENSION ALTERNATIVE
But : L'alimentation électrique fournie offre quatre choix de tensions : 6V = ; 12V = ; 6V ~ ; 12V ~.
Le but de cette étude est de comprendre ces indications et de les vérifier avec des appareils de mesures (oscilloscope, voltmètre numérique).
1. Position "6V ="
Sélectionner la position "6V =" sur l’alimentation.
Brancher un oscilloscope aux bornes de l'alimentation et visualiser la tension délivrée.
Reproduire l'oscillogramme obtenu en précisant le balayage et la sensibilité verticale sélectionnés.
Sensibilité verticale : ……… Balayage : ……….
L'oscillogramme obtenu est-il celui d'une tension variable, continue, périodique, alternative, sinusoïdale ? (barrer les mentions fausses)
A partir de cet oscillogramme, déterminer la valeur de la tension délivrée en position "6V =".
U1 = ………
Brancher le voltmètre numérique aux bornes de l'alimentation et sélectionner le calibre 20 V=.
Noter la valeur mesurée de la tension : U2 = ………
Mise en commun : comparer le résultat obtenu avec celui des autres groupes. Conclure.
2. Position "6V ~ "
Sélectionner la position "6V ~" sur l’alimentation.
Brancher un oscilloscope aux bornes de l'alimentation et visualiser la tension délivrée.
Reproduire l'oscillogramme obtenu en précisant le balayage et la sensibilité verticale sélectionnés.
Sensibilité verticale : ……… Balayage : ……….
L'oscillogramme obtenu est-il celui d'une tension variable, continue, périodique, alternative, sinusoïdale ? (barrer les mentions fausses)
Déterminer :
o la valeur maximale de cette tension : Umax =………..
o la valeur minimale de cette tension : Umin =………..
o la période de cette tension : T =………..
En déduire la fréquence de cette tension : f =………..
A partir de cet oscillogramme, déterminer la valeur de la tension maximale délivrée en position "6V ~".
U3 = ………
Brancher le voltmètre numérique aux bornes de l'alimentation et sélectionner le calibre 20 V~.
Noter la valeur mesurée de la tension : U4 = ………
Mise en commun : comparer le résultat obtenu avec celui des autres groupes. Conclure.
3. Tension maximale et tension efficace
Dans le cas d’une tension sinusoïdale, la relation théorique liant la tension maximale (Umax) et la tension efficace (Ueff) est :
Umax/Ueff = √2
Calculer ce rapport à partir des résultats expérimentaux obtenus.
Les résultats expérimentaux sont-ils compatibles avec la relation théorique ? Expliquer par un court texte la démarche suivie pour répondre à cette question :
FICHE 3
Fiche à destination des enseignants TP 3ème P2
TENSION ALTERNATIVE
1. Position "6V ="
On attend ici des élèves qu'ils vérifient à l'oscilloscope, puis à l'aide du voltmètre numérique, que la tension délivrée est bien compatible avec l'inscription « 6 V = ».
On pourra commenter les éventuels écarts constatés entre les valeurs obtenues à l'oscilloscope, à l'aide du voltmètre numérique, et la valeur 6 V inscrite sur l'appareil.
On pourra discuter également des éventuels écarts de mesures qu'on observe d'un groupe à l'autre : dispersion des résultats dus aux différentes alimentations, aux appareils de mesure, au nombre de chiffres significatifs ...
2. Position "6V ~ "
L'élève doit ici constater que la tension délivrée est variable, périodique, alternative et sinusoïdale de période 20 ms, de fréquence 50 Hz, et de valeur maximale proche de 8,5V (différente de 6V).
Le professeur amène progressivement les élèves à constater que la position sélectionnée ne donne pas la valeur maximale directement.
3. Tension maximale et tension efficace
On se satisfera ici d'un rapport proche de 1,4 entre la tension maximale et la tension efficace.
On pourra ici encore discuter des écarts avec la relation théorique, et de la dispersion des résultats des différents groupes.
On fera remarquer que la relation théorique est assez bien vérifiée en 6V comme en 12V.
