Chapitre 2 : La tension alternative

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1 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? Tension (V) Allumée: tension > 0 V Lampe éteinte temps (s) Allumé: tension < 0 V

2 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. Schéma du montage : Résultats : (F) / 1 Temps (s) Tension (V) -2,7-4,3-4,2-2,6 0 2,0 4,1 5,0 3,6 1,4 Diode allumée D V D V D V D V D R D R D R D R D R Temps (s) Tension (V) -1,0-3,2-4,4-4,0-2,1 0 2,6 4,5 4,8 3,2 Diode allumée D V D V D V D V D V D R D R D R D R

3 Tension (en V) Exploitation : (F) / 3 1/ Tracer AU CRAYON DE PAPIER, la courbe représentant l évolution de la tension en fonction du temps. 6 Tension aux bornes du GFBF en fonction du temps Temps (en seconde) 2/ a) Indique (sur le schéma en haut à droite) par des flèches rouges le sens du courant dans le circuit lorsque D r 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 D r est allumée. d) En déduire de quel signe est la tension lorsque D r 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 D v 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 D v est allumée. d) Déduis de quel signe est la tension lorsque D v est allumée : Négative

4 Tension (en V) 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= = 108 s 6 Tension aux bornes du GFBF en fonction du temps T Temps (en seconde) 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 en Hertz (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 = 0,0093 Hz 108 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 = 0,005 s = 5 ms 200 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 Umax est la valeur maximale que peut prendre une tension sur un motif. Que vaut U max de la tension alternative périodique sinusoïdale étudiée ici? (I) / 1

5 Tension (en V) 6 Tension aux bornes du GFBF en fonction du temps U max U min T -4-6 Temps (en seconde) U max = 5 V 11/ La valeur minimale notée Umin est la valeur minimale que peut prendre une tension sur un motif. Que vaut U min 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 eff a/ Exprimer U eff en fonction de U max. (R) / 1 U eff = U max / 2 b/ Calculer U eff 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 f = 1 T Sinusoidale: car elle a la forme d une sinusoide, c est-à-dire une vague. D/ Vocabulaire Période T: C est la durée d un motif qui se répète Unité: seconde (s) Fréquence f: C est le nombre de période par seconde ou le nombre d oscillations en une seconde. Unité: en Hertz (Hz) Tension maximale U max : Il y a une valeur minimale U min et une valeur maximale U max de la tension. Unité: en volt (V) 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

7 Fréquence de la tension du secteur: f= 50 Hz (la tension fait 50 oscillations en 1 s) La période T pour faire une oscillation est donc de 1/50 s = 0,02s

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