Physique Chimie. Construire une représentation graphique de l'évolution d'une tension alternative périodique ; en décrire l évolution.

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1 Niveau 3 ème Physique Chimie Dcument du prfesseur 1/9 Prgramme Cette séance expérimentale illustre la partie de prgramme ci-dessus, parue dans l'annexe IV à l'arrêté du 6 avril 2007 publié au BO hrs série n 6 du 19 avril 2007, afin de tenir cmpte du scle cmmun de cnnaissances et de cmpétences au cllège (B.O. n 29 du 20 juillet 2006). B - ÉNERGIE ÉLECTRIQUE ET CIRCUITS ÉLECTRIQUES EN «ALTERNATIF» B.1 - De la centrale électrique à l utilisateur TRACE D UNE SINUSOIDE EN EXAO Cnnaissances Capacités Exemples d'activités TENSION CONTINUE ET TENSION ALTERNATIVE PÉRIODIQUE Qu'est-ce qui distingue la tensin furnie par le «secteur» de celle furnie par une pile? Cnstruire une représentatin graphique de l'évlutin d'une tensin alternative péridique ; en décrire l évlutin. Recnnaître une tensin alternative péridique. Déterminer graphiquement sa valeur maximale et sa péride. Relever pint par pint les variatins au curs du temps d'une tensin alternative péridique. Cnstruire à la main et/u à l aide d un tableurgrapheur la curbe représentant les variatins d une tensin alternative péridique en fnctin du temps. [B2i] [Technlgie : Architecture et cadre de vie (dmtique) ; Énergie et envirnnement] [Mathématiques: rdre de grandeur, ntatin scientifique, représentatin graphique] Pré requis de l élève : L élève sait mesurer la tensin aux brnes d un générateur. L élève sait tracer et analyser un graphique. Mts-clé Tensin Péridique Péride Alternative Cntinue Vltmètre Liste de matériel Pste élève Références Générateur TBF Interface Orphy USB u Interface Orphy Prtable Graphique Fils de cnnexin nirs Fils de cnnexin ruges Capsule Vltmètre +/- 15 V Remarque : une mallette cmplète rassemblant tut le matériel de base dnt vus avez besin pur un équipement partagé SVT/Physique Chimie est dispnible sus la référence avec l interface Orphy USB u sus la référence avec l interface Orphy Prtable Graphique. PIERRON 2008 Tracé d une sinusïde en EXAO (page 1)

2 Remarques et astuces : Explicatins cncernant la fenêtre «paramètres de l acquisitin». Pur accéder à cette fenêtre, l élève peut sit faire un clic drit sur l écran une fis le lgiciel «Orphy» lancé et prêt à l acquisitin, puis un clic gauche sur paramètres (vir cicntre) u cliquer sur l icône dans la barre des tâches. Dcument du prfesseur 2/9 L élève peut définir le temps de l acquisitin ainsi que le nmbre de pints et leurs intervalles. Dans le menu dérulé abscisse par défaut il y est indiqué le temps t(s) Dans le menu dérulé Pririté vus truverez deux pssibilités : - Echantilln fixe. - Temps ttal fixe. Chisissez Echantilln fixe. Rentrer les infrmatins suivantes : Durée ttale de l acquisitin. Péride d échantillnnage. Nmbre de pints de mesure, cette infrmatin s ajuste autmatiquement «mais n ne peut pas dépasser 1024 pints» Il est cnseillé de rentrer les valeurs dans l rdre. Explicatin : La péride d échantillnnage. C est le délai entre chaque mesure : c est au but de quelques essais que vus adapterez vtre échantillnnage afin d btenir la curbe la plus lisse pssible. Durée ttale de l acquisitin. Celle-ci va dépendre de la fréquence du GTBF si vus vulez une u plusieurs pérides. Vus serez peut être amené à faire des rectificatins en fnctin des résultats btenus. Nmbre de pints de mesure. Au maximum 1024 pints snt enregistrés à chaque acquisitin. Effacer des dnnées u des curbes Si l acquisitin ne vus satisfait pas il est pssible d effacer la curbe : Clic drit au milieu du graphique, un menu s affiche : Clic gauche sur Effacer dnnées et la curbe sera effacée et irrécupérable. Si vus avez fait l acquisitin de plusieurs curbes, pur en effacer une seule, sélectinner la pubelle (dans la barre d utils en haut à gauche de l écran) en effectuant un clic gauche sur celle-ci, puis un clic gauche sur la curbe à effacer. Pur arrêter l utilisatin de la gmme, clic drit. PIERRON 2008 Tracé d une sinusïde en EXAO (page 2)

3 Dcument du prfesseur 3/9 Fin de l acquisitin. Une fis l acquisitin terminée, si vus suhaitez avir la curbe dans sn intégralité cliquez sur graphique dans la barre des tâches en bas à gauche. Si vus suhaitez avir les dnnées du tableau et les transférer dans un tableur, cliquez sur dnnées. Si vus suhaitez avir simultanément le graphique et les dnnées du tableau, cliquez sur ensemble. Fnctins accessibles depuis la barre des tâches de la fenêtre expérience. Ajuter du texte Tirer un trait Ajuter un astérisque (numér sur le graphe) Ajuter un repère Effacer Lupe Lupe autmatique échelle pleine Augmenter la taille des valeurs du graphe Sélectinner une partie des dnnées pur les transférer Transférer tut le graphe Obtenir plusieurs curbes Il est pssible de lancer plusieurs acquisitins successivement. Après avir btenu une u plusieurs acquisitins dans un même graphe il est pssible de les séparer, pur cela il faut avec le clic drit de la suris, cliquer en plein milieu du graphique et un menu s affiche : Descendre le curseur de la suris jusqu'à l endrit indiqué Séparer. Vus btiendrez des curbes bien distinctes. Pur gruper les mesures vus faites la même pératin mais au lieu de cliquer sur «séparer» vus cliquez sur Gruper. Prlngement technique : Enregistrement du graphe et des dnnées Pur Enregistrer le graphe, aller dans «Menu / Fichier / Enregistrer sus». Une secnde fenêtre s uvre dnner un nm à vtre fichier et cliquer sur OK. PIERRON 2008 Tracé d une sinusïde en EXAO (page 3)

4 Dcument du prfesseur 4/9 Il est frtement cnseillé de créer un dssier Physique dans le C:\ u si l rdinateur est sur le réseau kwartz dans le lecteur H:\ travail : Cmpétences qu il est pssible d évaluer Expérimentales - Déterminer le «mtif élémentaire» d une tensin alternative sinusïdale. - Déterminer graphiquement la péride et les valeurs maximale et minimale d une tensin alternative sinusïdale. Thériques - Recnnaître une tensin variable. - Recnnaître une tensin alternative péridique. PIERRON 2008 Tracé d une sinusïde en EXAO (page 4)

5 Dcument du prfesseur 5/9 Nm : Prénm : Classe : Date : Physique Chimie TRACE D UNE SINUSOIDE EN EXAO Objectifs : - Tracer le graphe d une tensin alternative sinusïdale en utilisant une interface d acquisitin. - Déterminer le «mtif élémentaire» d une tensin alternative sinusïdale. - Déterminer graphiquement la péride et les valeurs maximale et minimale d une tensin alternative sinusïdale. Activité 1 : Mettre en évidence une tensin alternative 1. Expérience avec les DEL 1.1 Réaliser le mntage représenté ci-dessus 1.2 Allumer vtre cnsle graphique prtable. 1.3 Ouvrir le lgiciel Visuel Orphy. PIERRON 2008 Tracé d une sinusïde en EXAO (page 5)

6 Dcument du prfesseur 6/9 1.4 Duble clic sur Mesures directes : vus vus truvez devant une nuvelle fenêtre vus indiquant que la cnsle est bien recnnue ainsi que sn capteur : ici un vltmètre +15 / -15V. Duble clic sur vumètre Observer l éclat des DEL. Que remarquez-vus? Les DEL cligntent alternativement. Lrsque la DEL ruge est allumée, la DEL verte est éteinte et inversement. Que peut-n dire du sens du curant électrique? Le curant électrique change de sens de manière péridique. Observer l indicatin du vumètre Cmment évlue la tensin au curs du temps? La tensin varie au curs du temps : c est une tensin variable. Elle prend des valeurs alternativement psitives et négatives qui se répètent au curs du temps de façn régulière : c est une tensin alternative péridique. Activité 2 : Etude de la tensin délivrée par un générateur TBF Acquisitin. Duble clic sur temprel PIERRON 2008 Tracé d une sinusïde en EXAO (page 6)

7 Dcument du prfesseur 7/9 Clic gauche sur l icône dans la barre des tâches Une nuvelle fenêtre active apparaît intitulée : Paramètres de l acquisitin. Indiquer la durée ttale de l acquisitin (ici 30 s) et la péride d échantillnnage c'est-à-dire la durée qui s écule entre chaque mesure (ici 50 ms). Cliquer sur pursuivre. Vus êtes maintenant prêt à lancer vtre première mesure. Rajuter un Vumètre pur bserver l évlutin de la tensin en cliquant sur fenêtre à gauche du graphe. pur faire apparaître la nuvelle LANCEMENT DE L ACQUISITION Cliquer sur Pur arrêter l acquisitin avant la fin cliquer sur Cliquer sur pur enlever le vumètre. PIERRON 2008 Tracé d une sinusïde en EXAO (page 7)

8 «Acquisitin type» Dcument du prfesseur 8/9 Activité 3 : Etude de la tensin délivrée par un générateur TBF Déterminatin graphique de la péride et des valeurs maximale et minimale de la tensin étudiée. La tensin représentée est-elle alternative? ui car elle prend des valeurs alternativement psitives et négatives La tensin représentée est-elle péridique? ui car les valeurs se répètent régulièrement au curs du temps. Pur truver la valeur maximale de la tensin, ntée U max, cliquer sur Tampn dans la barre des tâches situées en bas à gauche de la curbe. Psitinner le pinteur de la suris pur déterminer graphiquement U max et U min. Puis pur désactiver le tampn, appuyer sur Echap. Quelle est la valeur maximale U max de la tensin? U max = 8,9 V Faire de même pur la valeur minimale U min. Quelle est la valeur minimale U min de la tensin? U min = 8,9 vlts Quelle relatin existe-t-il entre U max et U min? U max et U min snt ppsés : U min = - U max Repérer sur la curbe le mtif élémentaire, qui dit être le plus petit pssible et qui se répète régulièrement. Déterminer la durée de ce mtif, appelé péride T, en utilisant encre une fis le tampn. T = 28,9 0,8 = 28,1 s PIERRON 2008 Tracé d une sinusïde en EXAO (page 8)

9 Dcument du prfesseur 9/9 Activité 4 : Indicatin des valeurs minimale, maximale, et de la péride sur la curbe. Utiliser sur la barre des tâches située à gauche du graphe : - l icône pur ajuter un texte sur la curbe. - l icône pur tracer des lignes sur la curbe. - l icône pur indiquer des repères à différents endrits de la curbe, délimiter un mtif élémentaire et ainsi repérer la péride sur le graphe. - l icône pur supprimer une ligne, du texte etc. à différents endrits de la curbe. «Curbe type avec les indicatins recherchées» EN CONCLUSION : Une tensin alternative prend alternativement des valeurs psitives et négatives. Une tensin alternative est caractérisée par : - sa péride T exprimée en secnde (s) qui crrespnd à la durée d un mtif élémentaire qui se reprduit identique à lui-même à chaque nuvelle péride. - Sa valeur maximale U max exprimée en vlts (V) qui est la valeur la plus élevée de la tensin et qui est égale à l ppsé de sa valeur minimale : U max = - U min PIERRON 2008 Tracé d une sinusïde en EXAO (page 9)