3e – 8 – Tension variable

8.1. Produire une tension variable

La génératrice de bicyclette

C’est le déplacement de l’aimant par rapport à la bobine qui crée une tension variable aux bornes de la génératrice si le circuit est fermé

Association d’une bobine et d’un aimant

Activité

Expériences :

  • Nous branchons les deux bornes d’une bobine sur un voltmètre et nous passons un aimant dans la bobine. selon le mouvement, une tension va apparaître. Le signe de cette tension dépend du sens selon lequel nous approchons l’aimant.

Le déplacement relatif d’une bobine et d’un aimant crée une tension variable.

8.2. Tension variable et tension continue

Activité

Expériences :

  • Branchons un circuit composé de deux diodes en opposition aux bornes d’un générateur de tension continue, puis aux bornes d’un générateur très basse fréquence.

Une tension continue est une tension qui garde la même valeur au cours du temps, une tension alternative change alternativement de sens.

8.3. Mesurer une tension variable

Activité

Expériences :

  • Branchons un voltmètre aux bornes d’un générateur très basse fréquence. La tension est mesurée toutes les 10 secondes et une courbe U=f(t) est tracée par les élèves.

3e mesure tension variable

 

3e tension alt sinus

En observant la courbe, on remarque :

La tension varie de façon régulière entre deux valeurs extrêmes : Umax et –Umax. La courbe représente les alternances positives et négatives.

La tension alternative est périodique : un motif élémentaire se répète régulièrement. La durée de ce motif élémentaire est appelée période, est exprimé en secondes et noté T

8.4. L’oscilloscope

Présentation

Sur la face avant de l’oscilloscope on peut apercevoir un écran et des boutons de réglages. Si l’appareil est allumé, un spot apparaît, les boutons de cadrage permettent de placer ce spot au centre de l’écran.

Activité

Expériences :

  • Une pile est connectée aux bornes de l’oscilloscope, borne positive vers l’entrée (=) et borne négative vers borne masse. Le spot se déplace vers le haut. Si on inverse les branchements, le spot se déplace vers la bas.

3e oscillo

Un oscilloscope permet de mettre en évidence l’existence d’une tension électrique entre deux bornes d’une pile et de les différencier.

Activité

Expériences :

  • Un générateur est branché de la même façon en position 6V puis 12 V, en respectant les polarités. Les résultats sont notés pour chaque tension.

3e oscillo courbes

La déviation du spot est proportionnelle à la tension appliquée, donc, l’oscilloscope permet de connaître la valeur de la tension aux bornes d’un générateur de courant continu. L’oscilloscope est un voltmètre.

Fonctionnement

Le spot observé provient de l’impact d’électrons sur l’écran, rendu lumineux par une matière fluorescente. Les électrons sont produits par un canon à électrons, les plaques de déflexions permettent de faire dévier les spot en fonction de la tension appliquée.

Réglage sans balayage

Permet d’utiliser l’oscilloscope comme un simple voltmètre.

Réglage avec balayage

En actionnant le bouton balayage, le spot se déplace horizontalement vers la droite : il balaie l’écran. Arrivé à l’extrême droite de l’écran, un dispositif permet son retour rapide à gauche de l’écran. Si le spot se déplace à grande vitesse, la persistance des impressions lumineuses nous donne l’impression que le spot s’est transformé en trait lumineux horizontale. De cette façon, l’oscilloscope permet de visualiser des tensions variables.

Tension délivrée par un générateur du collège

Activité

Expériences :

  • Nous branchons le générateur du collège en position alternative aux bornes de l’oscilloscope. Sans balayage, nous observons une droite verticale, avec balayage, nous observons une courbe régulière.

La tension délivrée par le générateur du collège est alternative. La courbe régulière visible sur l’écran porte le nom de sinusoïde. On dit que le générateur délivre une tension alternative sinusoïdale.

8.5. Périodes et fréquences

Activité

Expériences :

  • Les deux bornes de la sortie alternative d’un générateur sont reliées aux bornes de l’oscilloscope. Le signal varie régulièrement au cours du temps : la même distance sépare deux extrêmes (minima ou maxima). Le spot décrit ces distances en un temps que nous pouvons calculer grâce à la durée de balayage du spot. L’oscillogramme est repris sur le cahier.

La période noté T, est le plus petit intervalle de temps au bout duquel la tension retrouve sa valeur. La période est une durée et son unité est donc la seconde (s). La fréquence notée N, est le nombre de périodes par secondes, c’est l’inverse de la période. Son unité est le Hertz (Hz).

3e tn

En France, le fréquence de la tension du secteur est de 50 Hz. C’est une tension alternative sinusoïdale.

8.6. Tension efficace et maximale

Tension maximale

Sur l’oscillogramme précédent, la tension varie entre une valeur maximale positive Umax et une valeur négative maximale – Umax. La valeur maximale Umax de la tension est appelée tension maximale. Elle s’exprime en Volt (V).

 Tension efficace

Si nous reprenons le montage précédent en mettant aux bornes du générateur un voltmètre, nous lisons sur celui-ci une tension U différente de Umax.

La tension efficace est proportionnelle à la tension maximale :

3e Umax

On appelle tension efficace U la mesure de la tension alternative sinusoïdale donnée par un voltmètre.

C’est la tension efficace qui est indiquée sur les appareils électriques.

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