TENSION CONTINUE ET TENSION ALTERNATIVE PÉRIODIQUE

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1 TENSION CONTINUE ET TENSION ALTERNATIVE PÉRIODIQUE Un GBF se comporte alternativement comme une pile branchée tantôt dans un sens, tantôt branchée dans l autre sens. La tension fournie par un GBF est : Variable au cours du temps. Alternativement positive ou négative, ce qui correspond à un changement de signe des bornes du générateur. Sinusoïdale, la courbe représentant la tension en fonction du temps est une sinusoïde. Un GBF peut également fournir un signal triangulaire ou en créneaux La courbe suivante est constituée d un motif qui se reproduit à l identique : on dit que la tension est périodique. La période est la durée d un motif. Elle est notée T et s exprime en seconde (s). C est la durée entre 2 maxima successifs (AA ) ou deux minima successifs (CC ) ou encore entre B et B. U max La fréquence correspond au nombre de périodes par seconde. 1 Elle est notée f et s exprime en hertz (Hz) : f = T La valeur maximale de la tension, notée U max, est la valeur de la tension aux sommets de la courbe. La valeur minimale de la tension est l opposé de la valeur maximale de la tension. Il s agit de la valeur de la tension aux creux de la courbe. U min = U max - Tension continue et tension variable au cours du temps. - Tension alternative périodique. - Période. - Fréquence d une tension périodique et unité, l hertz (Hz), dans le Système international (SI). - Relation entre la période et la fréquence. - Valeurs maximale et minimale d une tension. - Construire le graphique représentant les variations d'une tension au cours du temps. - En extraire des informations pour reconnaître une tension alternative périodique, pour déterminer graphiquement sa valeur maximale et sa période. - Décrire le comportement de la tension en fonction du temps. - Utiliser un tableur pour recueillir, mettre en forme les informations afin de les traiter.

2 L OSCILLOSCOPE : INSTRUMENT DE MESURES DE TENSIONS ET DE DURÉES Le quadrillage de l'écran de l'oscilloscope est formé de carreaux appelés divisions. On peut donc employer pour une graduation les termes div (division) pour repérer un carreau. Chaque division est partagée en cinq parties, on compte donc de 0,2 en 0,2 divisions pour les graduations intermédiaires. Pour mesurer une tension maximale sur l oscilloscope, on applique la relation suivante : U = s y max A Avec : U max : tension maximale en volts (V) s A : sensibilité verticale (indiquée par le bouton) en volts par division (V/div) y : nombre de division du signal étudié selon l axe vertical en divisions (div) La lecture se fait sur l'axe des ordonnées y. On compte le nombre de divisions à partir de la ligne centrale jusqu'à la valeur maximale et non de crête à crête! Pour mesurer une période sur l oscilloscope, on applique la relation suivante : T = b x Avec : T : période en secondes (s) b : vitesse de balayage (indiquée par le bouton) en secondes par division (s/div) x : nombre de division du signal étudié selon l axe horizontal en divisions (div) La lecture se fait sur l'axe des abscisses x. On compte le nombre de divisions qui sépare les deux points d'un motif entier. Attention à bien prendre les deux alternances: partie positive et partie négative. La valeur efficace U eff d une tension sinusoïdale se mesure avec un voltmètre branché en mode alternatif, tandis que la valeur maximale U max se mesure avec l oscilloscope. U Pour une tension sinusoïdale : U = eff max 2 Fréquence d une tension périodique et unité, l hertz (Hz), dans le Système international (SI). Relation entre la période et la fréquence. Pour une tension sinusoïdale, un voltmètre utilisé en alternatif indique la valeur efficace de cette tension. Cette valeur efficace est proportionnelle à la valeur maximale. - Extraire des informations d'un oscillogramme pour reconnaître une tension alternative périodique. - Mesurer sur un oscillogramme la valeur maximale et la période en optimisant les conditions de mesure. - Extraire des informations indiquées sur des générateurs ou sur des appareils usuels les valeurs efficaces des tensions alternatives. - Mesurer la valeur d une tension efficace (très basse tension de sécurité).

3 DES POSSIBILITÉS DE PRODUCTION DE L ÉLECTRICITÉ I. CARACTÉRISTIQUES DU COURANT DU SECTEUR Le courant du secteur délivre une tension alternative sinusoïdale de fréquence 50 Hz. La valeur efficace de la tension délivrée est fixée à U eff = 230 V. C est la valeur de cette tension efficace qui figure sur les plaques signalétiques des appareils ménagers fonctionnant sur le secteur. II. PRODUCTION DE L ÉNERGIE ÉLECTRIQUE A. LES DIFFÉRENTS TYPES DE CENTRALES Le pétrole, le charbon, le gaz naturel et l uranium sont des sources d énergie non-renouvelables car leur vitesse de formation est infiniment plus faible que leur vitesse de consommation. Le Soleil, le vent, l eau et la géothermie sont des sources d énergie renouvelables car elles sont inépuisables à notre échelle, de plus elles sont non polluantes contrairement aux précédentes. Pour un développement durable, basé sur le respect de l environnement, il faut mettre à contribution toutes les énergies renouvelables. L alternateur est la partie commune à toutes les centrales électriques. Il fournit l énergie électrique. Il doit pour cela être couplé à une turbine en rotation. B. RÔLE DE L ALTERNATEUR L alternateur permet de transformer une partie de l énergie mécanique reçue en énergie électrique. On ne peut pas transformer intégralement l énergie mécanique reçue en énergie électrique, il y a toujours des pertes sous la forme d énergie thermique.

4 Diagramme énergétique : Energie thermique (Pertes) Energie mécanique Alternateu r Energie électrique C. COMMENT L ALTERNATEUR PRODUIT-IL UNE TENSION VARIABLE? Lorsqu on déplace un aimant devant une bobine, il apparaît une tension aux bornes de celle-ci. La rotation d un aimant devant une bobine ou d une bobine devant un aimant fait apparaître une tension alternative aux bornes de celle-ci. - La tension du secteur est alternative. Elle est sinusoïdale. - La fréquence de la tension du secteur en France est 50 Hz. L alternateur est la partie commune à toutes les centrales électriques. L énergie mécanique reçue par l alternateur est convertie en énergie électrique. Sources d énergie renouvelables ou non. Un alternateur produit une tension variable dans le temps. Une tension, variable dans le temps, peut être obtenue par déplacement d un aimant au voisinage d une bobine. 1. Réaliser un montage permettant d allumer une lampe ou de faire tourner un moteur à l aide d un alternateur. 2. Organiser l information utile afin de traduire les conversions énergétiques dans un diagramme incluant les énergies perdues pour l'utilisateur. 3. Extraire d un document les informations relatives aux sources d énergie. 4. Pratiquer une démarche expérimentale pour illustrer l influence du mouvement relatif d un aimant et d une bobine pour produire une tension.

5 PUISSANCE ET ÉNERGIE ÉLECTRIQUES Tous les appareils électriques possèdent une plaque métallique sur laquelle apparaissent au moins deux indications : 5. La tension normale d utilisation ou tension nominale: souvent V. 6. La puissance consommée par l appareil dans les conditions normales d utilisation : exprimée en Watt (W). Un appareil électrique alimenté par une tension électrique U et parcouru par un courant électrique d intensité I consomme la puissance électrique P : P = U I P en watts (W) U en volts (V) I en ampères (A) La puissance nominale d un appareil électrique est la puissance électrique consommée par cet appareil dans les conditions normales d utilisation lorsqu il est soumis à sa tension nominale. Appareil électrique Fer à repasser Cafetière Grille-pain Réfrigérateur Lave-vaisselle Radiateur électrique Lampe à incandescence Lampe à faible consommation TGV Centrale nucléaire Puissance consommée 1000 W 900 W 1000 W 150 à 300 W 2000 à 3000 W 2000 W 75 W 15 W 600 kw 900 à 1300 MW La puissance totale consommée dans une installation est égale à la somme des puissances consommées par les appareils électriques qui fonctionnent simultanément. L énergie électrique dépend de deux grandeurs physiques la puissance P et la durée t. Elle est notée E et exprimée en joules (J) dans le système international d unités. E = P t E en joules (J) P en watts (W) t en secondes (s) Remarque : Le joule correspond donc à un watt seconde ou W.s. L EDF utilise une autre unité le wattheure (W.h) et le kilowattheure (kw.h). 1 W.h correspond à une puissance de 1W consommée pendant une heure. Or, il y a 3600 s dans une heure donc 1 W.h = 3600 J. L énergie totale consommée dans une installation est égale à la somme des énergies électriques consommées par les appareils utilisés. Puissance nominale indiquée sur un appareil. Le watt (W) est l unité de puissance du Système international (SI). Ordres de grandeur de puissances électriques domestiques. Pour un dipôle ohmique, P = U.I où U et I sont des grandeurs efficaces.

6 L intensité du courant électrique qui parcourt un fil conducteur ne doit pas dépasser une valeur déterminée par un critère de sécurité. Rôle d un coupe-circuit. L énergie électrique E transférée pendant une durée t à un appareil de puissance nominale P est donnée par la relation E = P.t Le joule est l unité d énergie du Système international (SI). Calculer, utiliser une formule. Rechercher, extraire l information utile pour repérer et identifier les indications de puissance, de tension et d intensité sur les câbles et sur les prises électriques.