CH9: Production d une tension variable ( livre ch9 p )

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1 CH9: Production d une tension variable ( livre ch9 p ) Les exercices Tests ou " Vérifie tes connaissances " de chaque chapitre sont à faire automatiquement sur le cahier de brouillon pendant toute l année. Tous les schémas d'électricité sont à réaliser uniquement au crayon et à la règle. Noter dans le cahier de texte pour la séance prochaine: Les exercices sont à faire en fonction de la progression en classe. Compléter le tracé de la courbe. A lire Documents pages 135 ; Cahier de brouillon :exercices tests de 1 à 7 p140 ( solutions p251 ). Cahier d exercices: 8,9,10,12, 13,14,15,16,17 et 18 p Objectifs: *Connaître le principe d un alternateur. *Distinguer tension continue et tension alternative. *Connaître les caractéristiques d une tension alternative périodique.

2 I) Comment produire une tension alternative? A) Aimant ( Doc1a,2a). N S N S Attraction N Deux aimants de même pôles ( N-N, S-S) se repoussent et s'attirent quand ils sont de pôles opposés ( S -N, N-S). B) Électroaimant( Doc1b,2b).Electro= électricité=intensité du courant I S N Répulsion S I Pôle SUD I Pôle NORD Une bobine ( plusieurs spires ) parcourue par un courant devient un aimant. Selon le sens du courant, elle présente soit un pôle N ou S. Deux électroaimants de même pôles ( N-N, S-S) se repoussent et s'attirent quand ils sont de pôles opposés ( S -N, N-S). S N S Attraction N S S N Répulsion

3 C)Production d'une tension variable.(doc3) 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 = { bobine fixe = STATOR = inducteur } { aimant en rotation = ROTOR = induit } Alternateur de bicyclette, quand l'aimant tourne, on obtient une tension alternative aux bornes de la bobine. Conclusion: la rotation d'un aimant devant une bobine fait apparaître une tension alternative aux bornes de cette bobine. +

4 II) IDENTIFICATION D UNE TENSION CONTINUE ( DC).ET D UNE TENSION ALTERNATIVE ( AC) A) Activité expérimentale. On se propose de soumettre les dipôles suivants : 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: P.Sécucontact, Générateur 6V DC, bouton poussoir K, dipôle à étudier: Lampe DEL S, DEL B, buzzer, moteur DC voltmètre 20V DC, 3 fils rouges et 2 fils noirs. V + - G M Dipôle à étudier

5 2) Mode opératoire: ( dipôle=1 marche, dipôle=0 arrêt) On ferme le bouton poussoir K et on déplace successivement le fil en positions m 1 à m 5. Pour chaque expérimentation, consigner les observations dans la ligne correspondante du tableau. A B C D E V K (Doc4 ) F G H I J m 1 m 2 m 3 m 4 m 5 M K L M N O

6 3)Tableau de mesure et observations. Tension Tension Continue 6V D.C Tension Continue - 6V D.C Tension Alternative 6V A.C Dipôles U>0 U<0 Lampe DEL S (Doc5 ) DEL B Moteur TENSION POSITIVE +6V DC TENSION NEGATIVE -6V DC TENSION ALTERNATIVE 6V AC Buzzer

7 * Tension continue positive U>0V ( dipôle=1 marche, =0 arrêt) On ferme le bouton poussoir K et on déplace successivement le fil en positions m 1 à m 5. Consigner les observations de chaque dipôle dans la ligne correspondante. Dipôles Tension Lampe DEL S DEL B Moteur Buzzer Doc 5,1L Tension Continue 6V D.C U>0 DEL B =1 L=1 DEL s =1 Verte M =1D B =1 A B C D E V K F m 1 G m 2 H m 3 I m 4 J m 5 M K L M N O

8 * Tension continue négative U<0V On ferme le bouton poussoir K et on déplace successivement le fil en positions m 1 à m 5. Consigner les observations de chaque dipôle dans la ligne correspondante. Dipôles Tension Lampe DEL S DEL B Moteur Buzzer Doc 5,2L Tension Continue -6V D.C U<0 L=1 DEL s =0 DEL B =1 Rouge M =1 B =0 A B C D E V K F m 1 G m 2 H m 3 I m 4 J m 5 M K L M N O

9 C) Tension alternative 6V A.C Doc 5,3L On remplace le générateur continu par le Générateur Très Basses Fréquences. (GTBF ) et on procède de la même manière que précédemment. Tension Dipôles Lampe DEL S DEL B Moteur Buzzer Tension alternative 6V A.C L=0,1,0,1 DEL s =0,1, 0,0,1 DEL B =1V,1R M =1,1 B =0,1,0,0 G Symbole du Générateur alternatif V A B C D E K F m 1 G m 2 H m 3 I m 4 J m 5 G M K L M N O

10 D) Conclusion 1*Tension continue ( DC ): garde la même valeur et le même signe quelque soit la durée de fonctionnement du générateur. U=6V demain dans un mois dans un an dans dix ans U= - 6V 2*Tension alternative ( AC ) : prend alternativement des valeurs positives et valeurs négatives. Elle ne garde pas la même valeur et le même signe pendant une durée bien déterminée. U=6V U= - 6V dipôle non polarisé = son fonctionnement ne dépend pas du sens du courant (tension): Lampe, Il est polarisé si son fonctionnement dépend du sens du courant (tension): DEL S, DEL B, Anode I - + I - + Cathode - t = durée t = durée I DEL B =1V I DEL B =1R

11 III) ETUDE DE LA TENSION AUX BORNES D UN G.T.B.F Générateur Très Basses Fréquences) 20V DC A)Montage expérimental (Doc6). G V Touche DATA HOLD B) Mode opératoire. 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. 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 cidessous 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.

12 C) Tableau de mesures. t(s) U(V) 1,84 t(s) U(V) 5, ,65 5,03 5,82 5,83 5,05 3,66 1,8-0,4-2,4-4,2-5,4-5,9-5,6-4, ,01 2,9 145 D) Tracé du graphique U = f ( t ) Dans un repère orthonormé, on reportera : la durée t en abscisse, échelle : 1 cm = 5 s. la tension U AB en ordonnée, échelle : 1cm=0,5volt. Placer les points en utilisant le signe (.). Tracer au crayon de papier et à main levée une ligne continue, sans pic ni bosse, passant le plus près possible de chaque point. D U(V) ,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, t(s)

13 E) Exploitation du graphique U(V) 5,83V Um= V t 1 t ,9V -Um=- t 2 t 1 =..s V 5,91V Um= V -5,8V -Um=- V t(s)

14 F) Acquisition de la tension aux bornes d un GTBF à l aide de l interface IP 2 ( Doc7 ). On remplace le voltmètre par la sonde voltmètre de l interface IP 2. On obtient la courbe ci-dessous. U(V) Interface IP2 0 t(s) ( Doc8 ) Sonde "Voltmètre" VLT Ordinateur

15 IV) Propriétés d'une tension alternative (caractéristiques) A) Période T en s (seconde): Elle peut être mesurée directement. C est la durée du motif élémentaire: T = t 2 t 1 = s La période est la durée au bout de laquelle le phénomène physique ( tension) se reproduit identiquement à lui-même. Exemples de phénomènes périodiques: T = t 2 t 1 6 U(V) 56 U(V) T t 1 T t T T T T T t(s) t(s)

16 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 ). 1 f = 1 T f T T 1 f T = 1 f

17 C) Valeur maximale U m (V). Elle peut être mesurée directement. 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 6 U(V) U m +U m t(s) U m -U m U m = 2 x U eff -6

18 V) Autres tensions alternatives.( Partie exercices ) U (V) ( Doc9a ) +U m +U m Caractéristique Période( T ) Fréquence f =1 / T Valeur maximale U m = Valeur 0,02s 1 / 0,02 =50 Hz 6V Valeur efficace U eff t (ms) -U m -U m T= 20ms =0,02s

19 U (V) +U m +U m ( Doc9b ) 2 Caractéristique Période( T ) Fréquence f =1 / T Valeur maximale U m Valeur 0,01s = 1 / 0,01 =100 Hz 5V Valeur efficace U eff t (ms) -U m -U m T= 10ms =0,01s

20 U (V) ( Doc9c ) U(V) = 6 X SIN ( t ) Ueff U m Caractéristique Période T(s) Fréquence f =1 / T Valeur maximale U m Valeur efficace U eff = U m / 2 Valeur 0,36s = =2,8 = 3Hz Hz 6 1 / 0,36 6V 2 =4,24V t (ms) T= 360ms=0,36s Tension sinusoïdale