Chapitre 2 : La tension alternative
1/ Rappels sur la tension continue et un dipole : La DEL
Un tension continue est délivrée par un pile ou un générateur de tension continue.
Elle est constante tout le temps
La diode électroluminescente (DEL) est dans le
sens passant
La Del s’allume et le courant circule
La diode électroluminescente (DEL) est dans le
sens bloqué ou non passant :
La DEL ne s’allume pas et aucun courant ne circule
La diode est un dipole polarisé, comme le moteur. Son fonctionnement dépend du sens du branchement.
2/ Tensions et courants alternatifs
A/ Observations
Expérience : Une dynamo de vélo alimente une lampe. On voit que la lampe clignote.
Comment traduire graphiquement la tension aux bornes d’une dynamo de vélo?
Allumée: tension > 0 V
Allumé: tension < 0 V
Tension (V)
temps (s)
Lampe éteinte
La tension délivrée par l’alternateur est:
variable ( elle change tout le temps )
alternative ( elle alterne entre des valeurs positives et négatives ).
Remarque : Sur un voltmètre, on :
Des calibres pour mesurer des tensions alternatives
Des calibres pour mesurer des tensions continues
Pour la suite, on remplacera la dynamo par un générateur de tension alternative :
Le Générateur Basse Fréquence (GBF).
C’est un générateur délivrant une tension alternative.
B/ TP : la tension alternative
Objectif : Etudier une tension alternative délivrée par un Générateur Très Basse Fréquence (GTBF).
N.B :
Montage sur bureau professeur pour raison matérielle.Résultats :
(F) / 1Temps (s) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Tension (V) -2,7 -4,3 -4,2 -2,6 0 2,0 4,1 5,0 3,6 1,4
Diode allumée DV DV DV DV DR DR DR DR DR
Temps (s) 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190
Tension (V) -1,0 -3,2 -4,4 -4,0 -2,1 0 2,6 4,5 4,8 3,2
Diode allumée DV DV DV DV DV DR DR DR DR
Schéma du montage :
=
Exploitation :
(F) / 31/ Tracer AU CRAYON DE PAPIER, la courbe représentant l’évolution de la tension en fonction du temps.
2/ a) Indique (sur le schéma en haut à droite) par des flèches rouges le sens du courant dans le circuit lorsque Dr s’allume.
b) Déduis et indique alors en rouge (sur le schéma en haut à droite) les bornes + et - du générateur.
c) Surligne en rouge (sur le graphique tracé) LES parties de courbe pour lesquelles la diode Dr est allumée.
d) En déduire de quel signe est la tension lorsque Dr est allumée :
Positive
3/ a) Indique (sur le schéma en haut à droite) par des flèches vertes le sens du courant dans le circuit lorsque Dv s’allume.
b) Déduis et indique alors en vert(sur le schéma en haut à droite) les bornes + et - du générateur.
c) Surligne en vert LES parties de courbe pour lesquelles la diode Dv est allumée.
d) Déduis de quel signe est la tension lorsque Dv est allumée :
Négative
-6 -4 -2 0 2 4 6
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Ten sio n ( en V)
Temps (en seconde)
Tension aux bornes du GFBF en fonction du temps
4/ Explique alors pourquoi parle-t-on ici de tension « ALTERNATIVE ». (I) / 1
La tension est alternativement positive et négative
5/ Dessine l’allure du plus petit motif** (portion) qui se répète sur cette courbe. (R) / 1
**Ce motif est appelé « motif élémentaire »
6/ Mesure la durée, notée « T » et appelée « période », de ce motif : (R) / 1
T= 150 -42 = 108 s
7/ On dit que, par exemple, que l’alternance jour/nuit ou les saisons sont des phénomènes PERIODIQUES car ils se répètent de manière identique à intervalles de temps réguliers.
Explique alors pourquoi on parle ici de tension alternative « PERIODIQUE » . (R) / 1
Un motif de tension se répète identiquement dans le temps, à intervalle de temps réguliers
8/ La fréquence, notée «
f
» et exprimée enHertz (Hz)
, est le nombre de fois que se répète le phénomène périodique (le motif) en 1 seconde. On la calcule avec la formule suivante :avec
f : Hertz (Hz)
;T: seconde (s)
a/ Calcule, à l’aide de cette formule, la fréquence « f » de la tension alternative périodique. (R) / 1
f = 1 T = 1
108 = 0,0093 Hz
b/ Exprime T en fonction de f (pas de calcul attendu, juste l’expression avec les lettres T et f). (R) / 1
T = 1 f
c/ Calcule la période T s’écoulant entre 2 images successives d’une TV 200 Hz. (A) / 1
T = 1
200 = 0,005 s = 5 ms
9/ La forme de la tension peut-être sinusoïdale. Dessine la forme pour les autres. (A) / 1
Sinusoïdale (C’est notre exemple) Triangulaire Carrée (créneau)
10/ La valeur maximale notée
U
max est la valeur maximale que peut prendre une tension sur un motif.Que vaut Umax de la tension alternative périodique sinusoïdale étudiée ici ? (I) / 1
-6 -4 -2 0 2 4 6
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Tensio n (en V )
Temps (en seconde)
Tension aux bornes du GFBF en fonction du temps
T
U
max= 5 V
11/ La valeur minimale notée
U
min est la valeur minimale que peut prendre une tension sur un motif.Que vaut Umin de la tension alternative périodique sinusoïdale étudiée ici ? (I) / 1
U
min= - 4,4 V
12/ La valeur efficace
U
eff pour UNE TENSION ALTERNATIVE SINUSOIDALE, est la valeur mesurée par un voltmètre en mode alternatif.De plus, on a :
U
max= 2 x U
eff 1,41 x U
effa/ Exprimer Ueff en fonction de Umax. (R) / 1
U
eff= U
max/ √2
b/ Calculer Ueff de la tension alternative périodique sinusoïdale étudiée ici ? (R) / 1
U
eff= 5 / √2 = 3,5 V
C/ Bilan : Ce qu’il faut retenir du TP La tension délivrée par le GTBF est:
Variable: car elle change tout le temps.
Alternative: car elle est alternativement positive et négative.
Périodique: car une portion de la courbe se répète tout le temps.
-6 -4 -2 0 2 4 6
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Ten sio n ( en V)
Temps (en seconde)
Tension aux bornes du GFBF en fonction du temps
U
maxT
U
min Sinusoidale: car elle a la forme d’une sinusoide, c’est-à-dire une vague.
D/ Vocabulaire
Exemples concrets :
La fréquence cardiaque:
AU REPOS: f = 60 battements / min
f = 1 battement / s
1 Hz A l’effort : f = 180 battements / min f = 3 battements / s 3 Hz La période T d’UN battement est donc de 1 s
T = 1 s
Une roue de voiture roulant à 50 km/h:
Nombre de tours/s = 7 tours/s
f = 7 Hz La période T d’UN tour est de 1/7 s = 0,14 s Fréquence d’un processeur d’ordinateur:
f = 3 GHz (3 milliards d’opérations / s)
La période T pour faire UNE opération est de 1/3 milliards = 33 ns
Période T:
C’est la durée d’un motif qui se répète
Unité: seconde (s)
Tension maximale U max :
Il y a une valeur minimale U
minet une valeur maximale U
maxde la tension.
Unité: en volt (V)
Fréquence f:
C’est le nombre de
période par seconde ou le nombre d’oscillations en une seconde.
Unité: en Hertz (Hz)