B - ÉNERGIE ÉLECTRIQUE ET CIRCUITS ÉLECTRIQUES EN «ALTERNATIF»

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1 Niveau 3 ème Dcumt du prfesseur 1/5 Physique Chimie TRACÉ D UNE SINUSOIDE POINT PAR POINT A LA MAIN (valeurs maximale et minimale, péride) Prgramme Cette séance expérimtale 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 tir cmpte du scle cmmun de cnnaissances et de cmpétces au cllège (B.O. n 29 du 20 juillet 2006). B - ÉNERGIE ÉLECTRIQUE ET CIRCUITS ÉLECTRIQUES EN «ALTERNATIF» B.1 - De la ctrale électrique à l utilisateur Cnnaissances Capacités Exemples d'activités TENSION CONTINUE ET TENSION ALTERNATIVE PÉRIODIQUE Qu'est-ce qui distingue la tsin furnie par le «secteur» de celle furnie par une pile? Cnstruire une représtatin graphique de l'évlutin d'une tsin alternative péridique ; décrire l évlutin. Recnnaître une tsin alternative péridique. Déterminer graphiquemt sa valeur maximale et sa péride. [Technlgie : Architecture et cadre de vie (dmtique) ; Énergie et virnnemt] [Mathématiques: rdre de grandeur, ntatin scitifique, représtatin graphique] Pré requis de l élève : L élève sait mesurer la tsin aux brnes d un générateur. L élève sait tracer un graphique. Relever pint par pint les variatins au curs du temps d'une tsin alternative péridique. Cnstruire à la main et/u à l aide d un tableur-grapheur la curbe représtant les variatins d une tsin alternative péridique fnctin du temps. [B2i] Mts-clé Tsin Péridique Péride Alternative Cntinue Vltmètre Liste de matériel Pste élève Référces Générateur TBF Multimètre Fils de cnnexin nirs Fils de cnnexin ruges Chrnmètre Remarque : un vltmètre de bureau peut égalemt être utilisé par l semble de la classe (référce 01799). De même un «cmpteur de temps de bureau» peut être utile pur la prise des valeurs (référce 12821) Remarques et astuces : PIERRON 2008 Tracé d une sinusïde pint par pint à la main (page 1)

2 Dcumt du prfesseur 2/5 Il faut veiller à ce que les élèves relit les pints à main levée, et nn avec une règle, pur dnner à la curbe une frme «fluide» respectant sn allure générale. On chisira une fréquce qui permette d btir un mtif un temps «raisnnable» (par exemple une fréquce d virn 10 mhz.) Si l expérice est cllective, l utilisatin de la caméra permet de visualiser l écran du vltmètre pur les élèves situés au fnd de la salle. Le vltmètre dit être placé mde «cntinu» pur cette série de mesures. Le prfesseur peut utiliser le lgiciel OVAO qui dispse d une fnctin chrnmètre avec un avertisseur snre à intervalles de temps réguliers. Prlngemt technique : Cnstruire un graphique Cmmt tracer le graphique représtant l évlutin d une tsin au curs du temps? 1. Repérer la grandeur à prter sur l'axe des abscisses (ici le temps) et celle à prter sur l'axe des rdnnées (ici la tsin). 2. Observer les valeurs du tableau de mesures. La tsin cmprte des valeurs psitives et négatives : n place dnc ici l axe des abscisses au ctre de la feuille. 3. Tracer les deux axes perpdiculaires sur une feuille de papier millimétré et indiquer les grandeurs sur les axes ainsi que leurs unités : - sur l axe des rdnnées : tsin U (V) - sur l axe des abscisses : temps t (s) 4. Graduer les axes - regarder la valeur minimale et la valeur maximale sur l axe des abscisses et des rdnnées. - chisir une échelle simple et la plus grande pssible. - placer des divisins régulièremt espacées. - ne pas ublier l'rigine. 5. Placer les pints de mesure avec des «crix cmme celle-ci +» dnt une branche et hrizntale et l autre verticale (pas de crix de «Saint André : ). Cela crrespnd aux valeurs de la tsin et du temps pur chaque clnne du tableau. 6. Tracer à main levée la curbe qui dit passer par un maximum de pints de mesures. (Il ne faut surtut pas tracer la curbe reliant pint par pint à la règle). 7. Dnner un titre au graphique et le légder si plusieurs curbes y figurt. Cmpétces qu il est pssible d évaluer Expérimtales - Tracer le graphe pint par pint d une tsin alternative sinusïdale. - Déterminer le «mtif élémtaire» d une tsin alternative sinusïdale. - Déterminer graphiquemt la péride et les valeurs maximale et minimale d une tsin alternative sinusïdale. Thériques - Recnnaître une tsin variable. - Recnnaître une tsin alternative péridique. PIERRON 2008 Tracé d une sinusïde pint par pint à la main (page 2)

3 Niveau 3 ème Dcumt du prfesseur 3/5 Physique Chimie TRACE D UNE SINUSOIDE POINT PAR POINT A LA MAIN (valeurs maximale et minimale, péride) Objectifs : - Tracer le graphe pint par pint d une tsin alternative sinusïdale - Déterminer le «mtif élémtaire» d une tsin alternative sinusïdale. - Déterminer graphiquemt la péride et les valeurs maximale et minimale d une tsin alternative sinusïdale. Activité 1 : Mettre évidce une tsin alternative 1. Expérice avec les DEL Réaliser le mntage ci-cntre représtant deux DEL prtégées par une résistance et branchées dérivatin et ss inverse aux brnes d un générateur TBF.. Mettre marche le générateur. Qu bservez-vus? Les DEL cligntt alternativemt. Lrsque la DEL ruge est allumée, la DEL verte est éteinte et inversemt. Que peut-n dire du ss du curant électrique? Le curant électrique change de ss de manière péridique. 2. Mesure avec un vltmètre Brancher un vltmètre mde cntinu aux brnes d un générateur TBF. Observer la tsin qu il affiche. Cmmt évlue cette tsin au curs du temps? La tsin varie au curs du temps : c est une tsin variable Elle prd des valeurs alternativemt psitives et négatives qui se répètt au curs du temps de façn régulière : c est une tsin alternative péridique. Activité 2 : Etude de la tsin délivrée par un générateur TBF 1. Relevé de la tsin aux brnes du générateur TBF. Brancher un vltmètre mde «cntinu» aux brnes d un générateur TBF. Grâce au butn nté «fréquce», régler le générateur pur que les variatins de la tsin lue sur le vltmètre sit assez ltes pur avir le temps de les lire et de les nter tutes les 5 secndes virn dans le tableau ci-après. PIERRON 2008 Tracé d une sinusïde pint par pint à la main (page 3)

4 Dcumt du prfesseur 4/5 secndes Tsin U vlts secndes Tsin U vlts secndes Tsin U vlts secndes Tsin U vlts Tracé du graphe représtant l évlutin de la tsin fnctin du temps. Utiliser le papier millimétré pur tracer le graphe représtant l évlutin de la tsin U fnctin du temps t. Indiquer : - sur l axe des rdnnées : tsin U (V) - sur l axe des abscisses : temps t (s) Chisir l échelle la plus adaptée. En rdnnée : 1cm pur. V En abscisse : 1 cm pur s Sur papier millimétré, avec l exemple dnné, l élève utilisera l échelle suivante : En rdnnée : 1cm pur 0,5 V En abscisse : 1 cm pur 10 s PIERRON 2008 Tracé d une sinusïde pint par pint à la main (page 4)

5 Dcumt du prfesseur 5/5 T U max La curbe u = f(t) préste l allure mathématique d une sinusïde : n dit que la tsin est sinusïdale 3. Déterminatin graphique de la péride et des valeurs maximale et minimale d une tsin alternative sinusïdale. La tsin représtée est-elle alternative? Justifier. ui, elle est alternative car elle prd des valeurs alternativemt psitives et négatives La tsin représtée est-elle péridique? Justifier. ui, elle est péridique car les valeurs se répètt régulièremt au curs du temps. Quelle est sa valeur maximale U max? U max = 3 vlts Quelle est sa valeur minimale U min? U min = 3 vlts Quelle relatin existe-t-il tre U max et U min? U max et U min snt ppsés : U nim = - U max La curbe tracée mntre un mtif dit élémtaire, qui dit être le plus petit pssible et qui dit se répéter régulièremt. Repasser culeur ce mtif. Quelle est la durée de ce mtif? = 125 s On appelle péride la durée T d un mtif élémtaire qui se répète idtique à lui-même. Quelle est la péride de la tsin? T = 125 s EN CONCLUSION : Une tsin alternative prd alternativemt des valeurs psitives et négatives. Une tsin sinusïdale est une tsin alternative péridique caractérisée par : - sa péride T exprimée secnde (s) qui crrespnd à la durée d un mtif élémtaire qui se reprduit idtique à lui-même à chaque nuvelle péride. - sa valeur maximale U max exprimée vlts (V) qui est la valeur la plus élevée de la tsin et qui est égale à l ppsé de sa valeur minimale : U max = - U min PIERRON 2008 Tracé d une sinusïde pint par pint à la main (page 5)