Quelles sont les caractéristiques des tensions fournies par les centrales électriques?

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1 3ème Electricité 2 La tension Alternative Quelles sont les caractéristiques des tensions fournies par les centrales électriques? Objectifs Distinguer tension continue et tension alternative 2 Déterminer une tension maximale et une période 3 Déterminer une fréquence Photos Pourquoi cette lampe s allume-t-elle et s éteint-elle régulièrement? Sur cet électrocardiogramme, la tension mesurée est-elle la même au cours du temps? Cours Troisièmes THIA TUE KING YN Rudy Electricité 2

2 3 ème Electricité 2 La tension Alternative Quelles sont les caractéristiques des tensions fournies par les centrales électriques? Objectifs Distinguer tension continue et tension alternative 2 Déterminer une tension maximale et une période 3 Déterminer une fréquence Progression Date Fait/A faire Pour le I Reconnaître une tension alternative A: Qu est-ce qu un générateur de tension alternative? Inves. Pilier 3 : Reconnaître une tension alternative II Etude d une tension alternative Mesure de tensions alternatives B: Mesurer une tension alternative B2I Pilier 4. Pilier 3 2 Description de tensions alternatives 2: Etudier un tableau de mesures 3: Qualifier une tension III Caractéristiques de tensions alternatives périodiques Document C: Décrire les caractéristiques d une tension alternative périodique 4: Etudier les caractéristiques d une tension alternative périodique Devoir Maison E2: s, 2, 5 (A vous de jouer), et 6 p 9-92 Correction Auto-Evaluation E2 Correction Interrogation écrite E2 Correction Progression Troisièmes THIA TUE KING YN Rudy

3 3 ème Electricité 2 La tension Alternative Cours

4 La Tension alternative Cours Malgré leur grande variété, les générateurs ne fournissent que deux types de tensions: les tensions continues et les tensions alternatives. Expérimenter Image investigation Qu est-ce qu un générateur de tension alternative? Pilier 3 Raisonner, argumenter, démontrer Réaliser, mesurer IL FAUT QUE LES DEUX DEL ROUGE ET VERTE S ALLUMENT ALTERNATIVEMENT, C EST À DIRE QU ELLES NE Matériel Une DEL Rouge avec résistance incorporée Une DEL Vert avec résistance incorporée Deux piles de 4,5V SOIENT JAMAIS Un interrupteur à trois positions DANS LE MÊME ÉTAT Un GTBF EN MÊME TEMPS... Des fils Investigation: Définis le problème posé. Hypothèses: Emet une hypothèse afin de répondre au problème posé. Validations: Propose, schématise et réalise l expérience permettant de vérifier ton hypothèse Conclus Questions Investigation: Comment changer régulièrement le sens du courant? Hypothèses: - on peut changer manuellement le sens du courant à l aide d un interrupteur à trois positions - on peut utiliser un générateur de courant alternatif ou un GTBF (Générateur Très Basse Fréquence) Validation: Réalise un montage permettant de vérifier qu un courant apparaît aux bornes de la bobine de fil de cuivre. Quelle est la différence entre un Générateur continue et un Générateur Très Basse Fréquence (GTBF)? Guide Quel est le rôle d une DEL? Comment effectuer le montage des deux DEL? Propose un montage et schématisele. Remplace le générateur de tension continue par un GTBF et inverse l une des DEL. Que constates-tu? Que peut-on dire des bornes d un générateur de tension continue et d un générateur de tension continue. Réponses Une DEL ne laisse passer le courant que dans un seul sens. Pour que les DEL s allument simultanément, elles doivent être montées en dérivation. - + Lorsqu on remplace le générateur de tension continue par un GTBF, les deux DEL s allument simultanément. Le GTBF change automatiquement le sens du courant Un générateur de tension continue délivre une tension constante et le courant va dans un seul sens. Un générateur de tension alternative délivre une tension variable, dont le sens du courant change régulièrement. G

5 Cours La Tension alternative Conclusion Qu est-ce qu une tension alternative? Une tension continue engendre un courant dont le sens ne change pas au cours du temps. Une tension alternative engendre un courant alternatif, qui change de sens alternativement au cours du temps. (Ex: la tension du secteur fournie par EDF). Les DEL rouge et verte brillent-elles? Reconnaître une tension alternative + - Qu observe-t-on si on inverse les bornes de la pile? Qu observe-t-on si on remplace la pile par un générateur de tension alternative? Pourquoi dans ce dernier cas, dit-on que le courant produit est alternatif? 2

6 Cours Mesure de tensions alternatives La Tension alternative Matériel Expérimenter Un G.T.B.F. (réglage: 6V; 0,Hz) Un voltmètre Un chronomètre Des fils Mesurer une tension alternative Pilier 4 Pilier 3 Image B2I Utiliser les logiciels Réaliser, mesurer Organisation et gestion de données Schématise le montage permettant de mesurer la tension délivrée au cours du temps toutes les secondes Mesure la tension toutes les secondes et reporte tes résultats dans le tableau ci-dessous Temps t(s) Tension U(V) 0,2 3,2 3,3,5 0,2 -,4-2,9-3, -,4 0,,6 2,9 3,2,4-0,2 -,2-3,2-2,9 -, 0,2 Trace le graphique de la tension en fonction du temps. U(V) 0 t(s) Conclus Courbe de la tension en fonction du temps Comment représente-t-on une tension alternative? Il est possible de relever différentes valeurs de la tension à intervalles réguliers et de construire un tableau de mesures. On trace alors le graphique de la tension en fonction du temps afin d interpréter les mesures. Le montage est le suivant: G V 3

7 Cours 2 Description de tensions alternatives La Tension alternative Comment caractérise-t-on une tension alternative? La tension aux bornes d un GTBF est une tension: - Variable, sa valeur varie au cours du temps; - Périodique, elle est variable au cours du temps et le même motif se répète régulièrement; - Alternative, elle est alternativement positive puis négative ce qui correspond à un changement de sens du courant aux bornes du générateur. - Sinusoïdale - Triangulaire - Carrée La tension alternative aux bornes d un GTBF peut être de forme: Etudier un tableau de mesures Représente l évolution de la tension en fonction du temps (Echelle: graduation pour s et graduation pour V) La tension est-elle variable ou continue? Justifie ta réponse. La tension est-elle alternative? Justifie ta réponse. Temps (s) Tension (V) U(V) 0 t(s) Courbe de la tension en fonction du temps 4

8 Cours La Tension alterna- Qualifier une tension Utiliser les adjectifs suivants: variable; continue; alternative; périodique; sinusoïdale; triangulaire; carrée, pour qualifier chaque tension dont l évolution au cours du temps est représentée ci-dessous. 5

9 La Tension alternative Cours Document Rechercher Document Décrire les caractéristiques d une tension alternative & périodique T: La période T est U(V) la durée d un motif: ici, elle vaut 4 0,075 = 0,25 s UMax UMax: La tension maximale est la plus grande valeur atteinte par la tension: ici, elle vaut 3 = 3V 0 s 0,075 t(s) T f: La fréquence est le nombre de motifs répétés en seconde: ici, il y en a 4 en seconde: elle vaut donc 4 Hz. Motif élémentaire Décris la tension du deuxième graphique. Questions Mesurer sa valeur maximale UMax. Trouve la période T de la tension (durée d un motif). Trouve la relation qu il y a entre la fréquence f (Nombre de motifs qu il y a en seconde) et la période T (durée d un motif). Calcule la fréquence f de cette tension (Nombre de motifs qu il y a en seconde) Conclus en donnant une définition des différentes grandeurs servant à caractériser une tension périodique alternative. Réponses La tension observée est variable (elle varie au cours du temps), alternative (elle change régulièrement de signe), périodique (le même motif se répète régulièrement) et sinusoïdale. La plus grande valeur de tension ou tension maximale vaut UMax = 3,6 V La durée du motif ou période est T=40ms ou 0,040s Un motif fait 0,040s don en seconde, on a /0,040 = 25 soit une fréquence de 25 motifs par secondes ou 25 Hertz: f = 25 Hz 6

10 La Tension alternative Cours Comment caractérise-t-on une tension alternative? Une tension périodique est constituée d un motif qui se répète. Déf: La tension maximale est la plus grande valeur que peut atteindre la tension. On la note UMax et s exprime en Volt (V). Déf: La période est la durée d un motif. On la note T et s exprime en secondes (s). Déf: La fréquence d un signal périodique est le nombre de motifs élémentaires en une seconde. Elle se note f et s exprime en Hertz (Hz). f = /T Avec: f, fréquence en Hertz (Hz) T, période en secondes (s) Etudier les caractéristiques d une tension alternative périodique On a représenté l évolution au cours du temps d une tension alternative. Quelle est la période? Quelle est sa fréquence? Quelle est la valeur maximale de sa tension? 7

11 3 ème Electricité 2 La tension Alternative Photocopies

12 Document Pour 2 Expérimenter Qu est-ce qu un générateur de tension alternative? investigation Pilier 3 Raisonner, argumenter, démontrer Réaliser, mesurer Image IL FAUT QUE LES DEUX DEL ROUGE ET Matériel Une DEL Rouge avec résistance incorporée VERTE S ALLUMENT ALTERNATIVEMENT, Une DEL Vert avec résistance incorporée C EST À DIRE QU ELLES NE Deux piles de 4,5V SOIENT JAMAIS DANS LE MÊME ÉTAT EN MÊME TEMPS... Un interrupteur à trois positions Un GTBF Des fils Investigation: Définis le problème posé. Hypothèses: Emet une hypothèse afin de répondre au problème posé. Validations: Propose, schématise et réalise l expérience permettant de vérifier ton hypothèse Conclus Les DEL rouge et verte brillent-elles? Reconnaître une tension alternative + - Qu observe-t-on si on inverse les bornes de la pile? Qu observe-t-on si on remplace la pile par un générateur de tension alternative? Pourquoi dans ce dernier cas, dit-on que le courant produit est alternatif? Expérimenter Qu est-ce qu un générateur de tension alternative? investigation Pilier 3 Raisonner, argumenter, démontrer Réaliser, mesurer Image IL FAUT QUE LES DEUX DEL ROUGE ET Matériel Une DEL Rouge avec résistance incorporée VERTE S ALLUMENT ALTERNATIVEMENT, Une DEL Vert avec résistance incorporée C EST À DIRE QU ELLES NE Deux piles de 4,5V SOIENT JAMAIS DANS LE MÊME ÉTAT EN MÊME TEMPS... Un interrupteur à trois positions Un GTBF Des fils Investigation: Définis le problème posé. Hypothèses: Emet une hypothèse afin de répondre au problème posé. Validations: Propose, schématise et réalise l expérience permettant de vérifier ton hypothèse Conclus Les DEL rouge et verte brillent-elles? Reconnaître une tension alternative + - Qu observe-t-on si on inverse les bornes de la pile? Qu observe-t-on si on remplace la pile par un générateur de tension alternative? Pourquoi dans ce dernier cas, dit-on que le courant produit est alternatif?

13 Matériel Expérimenter Un G.T.B.F. (réglage: 6V; 0,Hz) Un voltmètre Un chronomètre Des fils Mesurer une tension alternative Pilier 4 Pilier 3 Image B2I Utiliser les logiciels Réaliser, mesurer Organisation et gestion de données Schématise le montage permettant de mesurer la tension délivrée au cours du temps toutes les secondes Mesure la tension toutes les secondes et reporte tes résultats dans le tableau ci-dessous Temps t(s) Tension U(V) Trace le graphique de la tension en fonction du temps. 0 Conclus Courbe de... Etudier un tableau de mesures Représente l évolution de la tension en fonction du temps (Echelle: graduation pour s et graduation pour V) La tension est-elle variable ou continue? Justifie ta réponse. La tension est-elle alternative? Justifie ta réponse. Temps (s) Tension (V) Qualifier une tension Utiliser les adjectifs suivants: variable; continue; alternative; périodique; sinusoïdale; triangulaire; carrée, pour qualifier chaque tension dont l évolution au cours du temps est représentée ci-dessous.

14 Document Rechercher Document Décrire les caractéristiques d une tension alternative & périodique T: La période T est U(V) la durée d un motif: ici, elle vaut 4 0,075 = 0,25 Hz UMax UMax: La tension maximale est la plus grande valeur atteinte par la tension: ici, elle vaut 3 = 3V 0 s 0,075 t(s) T f: La fréquence est le nombre de motifs répétés en seconde: ici, il y en a 4 en seconde: elle vaut donc 4 Hz. Motif élémentaire Décris la tension du deuxième graphique. Questions Mesurer sa valeur maximale UMax. Trouve la période T de la tension (durée d un motif). Trouve la relation qu il y a entre la fréquence f (Nombre de motifs qu il y a en seconde) et la période T (durée d un motif). Calcule la fréquence f de cette tension (Nombre de motifs qu il y a en seconde) Conclus en donnant une définition des différentes grandeurs servant à caractériser une tension périodique alternative. Etudier les caractéristiques d une tension alternative périodique On a représenté l évolution au cours du temps d une tension alternative. Quelle est la période? Quelle est sa fréquence? Quelle est la valeur maximale de sa tension?

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