LES CIRCUITS ÉLECTRIQUES EN RÉGIME SINUSOÏDAL

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1 LES CIRCUITS ÉLECTRIQUES EN RÉGIME SINUSOÏDAL Compétences mises en jeu durant l'activité : Compétences générales : Etre autonome S'impliquer Suivre et réaliser un protocole expérimental en toute sécurité Compétence(s) spécifique(s) : Réaliser un circuit électrique d'après un schéma donné. Mesurer une tension électrique, une intensité électrique dans un circuit en régime sinusoïdal. Visualiser une représentation temporelle de ces grandeurs et en analyser les caractéristiques. Effectuer expérimentalement un bilan énergétique dans un circuit simple. Analyser les échanges d'énergie dans un circuit électrique. I. But Mettre en évidence expérimentalement les relation entre valeur maximale, valeurs efficaces et valeurs moyenne dans un circuit en régime sinusoïdal. II. Situation de départ Jusqu'à présent, nous nous sommes limité à des études de circuits en régime continu (la valeur des courants et des tensions ne variait pas). Or, le réseau électrique en France distribue une tension alternative sinusoïdale de valeur efficace 230 V et de fréquence 50 Hz. Qu'est ce qu'une tension alternative sinusoïdale Est-ce que les différentes lois d'électricité vues jusqu'à présent en régime continu sont valables en régime sinusoïdal et donc pour les circuits électriques d'une habitation

2 III. Documents (s'approprier) III.1. Doc.1 : Grandeur sinusoïdale Une grandeur s dite sinusoïdale est une grandeur qui varie dans le temps de façon régulière. Mathématiquement, on peut écrire : s(t) = Asin(2π. f.t + φ) avec : A l'amplitude (valeur maximale et même unité que s) ; f la fréquence en hertz (Hz), elle est reliée à la période T en seconde (s) T = 1 f ; φ la phase en radian (rad). On peut également représenter graphiquement cette grandeur : A T

3 IV. Etude d'une résistance en régime sinusoïdale IV.1. Manipulations (réaliser) A l'aide du matériel disponible, réaliser le circuit suivant sans allumer le générateur : G ~.. A R = 100 Ω Régler le générateur pour qu'il délivre une tension sinusoïdale d'environ 200 Hz. Mesurer et noter la valeur de l'intensité traversant le conducteur ohmique. Mesurer et noter la valeur de la tension aux bornes du conducteur ohmique. B IV.2. Exploitation des résultats (analyser, valider) Vérifier que la loi d'ohm est respectée pour le conducteur ohmique. Calculer la puissance électrique consommée par le conducteur ohmique. IV.3. Manipulations (réaliser) A l'aide du matériel disponible, réaliser le circuit suivant sans allumer le générateur : G ~.. A R = 100Ω B Interface EXAO

4 Lancer le logiciel Latis-Pro. Sélectionner l'entrée de la carte d'acquisition branchée. Paramétrer l'acquisition de façon à enregistrer la valeur de la tension aux bornes du conducteur ohmique toute les 0,010 ms pendant 50 ms. Lancer l'acquisition. Copier la courbe obtenue représentant les variations de la tension en fonction du temps dans un document texte. IV.4. Exploitation des résultats (analyser, valider) A première vu, comment peut-on qualifier la tension aux bornes du conducteur ohmique? (voir courbe) A l'aide du logiciel, modéliser la série de valeurs obtenues par une fonction mathématique adéquate et conclure. Identifier et noter parmi les valeurs calculées au cours de la modélisation précédente : l'amplitude de la tension U max ; la fréquence de la tension f. Déterminer graphiquement : l'amplitude de la tension U max ; la période de la tension T. Comparer ces valeurs. Sont-elles cohérentes? Comparer la valeur U max et U eff 2. Conclure. U eff est la tension efficace mesurée au voltmètre. A l'aide du logiciel, créer une nouvelle grandeur correspondant à la puissance instantanée consommée par le conducteur ohmique. Afficher à l'écran la courbe représentant les variations de la puissance instantanée consommée en fonction du temps. Copier la courbe obtenue dans le document texte contenant déjà la courbe représentant les variations de la tension en fonction du temps et imprimer la. Déterminer et noter la valeur moyenne de la puissance instantanée consommée. Comparer cette valeur à la valeur calculée lors de la première manipulation. Conclure. A l'aide d'un schéma, faire un bilan énergétique et analyser les échanges d'énergie dans ce circuit.

5 V. Loi des mailles en régime sinusoïdal V.1. Manipulations (analyser, réaliser) A l'aide du matériel disponible, élaborer et noter un protocole expérimental permettant de vérifier la loi des mailles (additivité des tensions) dans un circuit en régime sinusoïdal. Faire un schéma annoté et des phrases explicatives. Une fois validé par votre professeur, réaliser votre protocole. Faire le schéma de votre manipulation et noter vos résultats. V.2. Exploitation des résultats (analyser, valider) La loi des mailles est-elle valable en régime sinusoïdal? VI. Loi des noeuds en régime sinusoïdal VI.1. Manipulations (analyser, réaliser) A l'aide du matériel disponible, élaborer et noter un protocole expérimental permettant de vérifier la loi des noeuds (additivité des intensités) dans un circuit en régime sinusoïdal. Faire un schéma annoté et des phrases explicatives. Une fois validé par votre professeur, réaliser votre protocole. Faire le schéma de votre manipulation et noter vos résultats. VI.2. Exploitation des résultats (analyser, valider) La loi des noeuds est-elle valable en régime sinusoïdal?

6 VII. Conclusion (analyser, valider) Les lois fondamentales de l'électricité sont-elles les mêmes en régime continu et en régime sinusoïdal? Réécrire ces lois.