Tension alternative sinusoïdale

1- Introduction: Pour étudier la tension continue et la tension alternative on va se servir d’un oscilloscope.

Un oscilloscope est par défaut un voltmètre (mesure la tension électrique) muni:

• D’une entrée (ou plusieurs) pour recevoir la tension (signal) à étudier;
• D’un ensemble de bottons et potentiomètres pour le réglage;
• Un écran pour visualiser la tension…

L’écran contient deux axes perpendiculaires, un axe vertical pour la tension électrique et un axe horizontal pour le temps. C.-à-d. que l’oscilloscope permet la visualisation de l’évolution d’une tension en fonction du temps.

Les deux axes sont gradués (il y a de grandes divisions et de petites divisions):

• Chaque grande division dans l’axe de la tension (vertical) corresponde à une valeur de tension réglable coté bottons…appelée sensibilité verticale.
• Chaque grande division dans l’axe de temps (horizontal) corresponde à une valeur de temps réglable coté bottons…appelée sensibilité horizontale ou balayage.
2- Tension continue et tension alternative: Manipulations et interprétations:
• Dans un premier temps on relie une pile à l’entrée de l’oscilloscope, et on obtient le graphique (oscillogramme) sur l’écran:




La tension délivrée par la pile ne varie pas au cours du temps, on dit que c’est une tension continue.

• Dans un deuxième temps on relie un générateur de basses fréquences (G.B.F) à l’entrée de l’oscilloscope, et on obtient le graphique sur l’écran:
  
  

  La tension délivrée par le générateur varie au cours du temps, on dit que c’est une tension variable, et puisque cette tension change de signe (elle prend des valeurs tantôt positives tantôt négatives) alternativement on dit que c’est une tension alternative.

  *Remarque: Les piles, batterie (accumulateurs) sont des sources de tension continue. L’alternateur, la prise électrique donnent une tension alternative… 3- Caractéristiques d’une tension alternative sinusoïdale: 3-1- La valeur maximale , la période et la fréquence:
  • U_M est la plus grande valeur de la tension, elle est calculée en multipliant le nombre de divisions correspondants à U_M par la valeur de la sensibilité verticale : U_M=2*5V+3*1V=13V car la tension maximale corresponde à 2 grandes divisions et environ 3 petites divisions, et selon le réglage de l’oscilloscope(la sensibilité verticale), chaque grande division vaut 5V et chaque petite division vaut 1V.
  • D’après l’oscillogramme (graphique), lorsque la tension prend la valeur maximale, un intervalle de temps est nécessaire pour que la tension prend de nouveau la valeur maximale. Cet intervalle de temps est la période de la tension. D’une manière générale la période d’une tension est le temps nécessaire pour que la tension reprend la même valeur dans le même sens de variation.
  T est calculée en multipliant le nombre de divisions correspondants à (l’axe horizontale) par la valeur de la sensibilité horizontale(balayage) :T=7*100µs=700µs
  • La fréquence f est le nombre de période par second :f=1/T.L’unité internationale du temps et le second et celle de la fréquence est le Hertz notée Hz. f=(1/T)=(1/700µs)=(1/700*10⁶s)=1.43*10³Hz=1.43KHz
  *Remarque:

  Formes de quelques tensions alternatives:

  

  Une tension alternative oscille entre U_M et -U_M

  3-2- Valeur efficace:

  On mesure simultanément avec un oscilloscope et un voltmètre la tension aux bornes d’un GBF, et on obtient les valeurs suivantes:

  • U_M=12.8V,la valeur maximale de la tension mesurée par l’oscilloscope;
  • 9.07V,donnée par le voltmètre, cette valeur est appelée valeur efficace de la tension, et on écritU_eff=9.07V.
  La relation entre U_M et U_eff:(U_M/U_eff)=(12.8V/9.07V)=1.41 c.-à-d. U_M=1.41*U_eff
  

   

   

  4- Courant électrique alternatif: Manipulations et interprétations:

  *Une vidéo de la manipulation est diffusée sur ma chaine YouTube:

  Conclusion: une source de tension alternative délivre un courant alternatif (change de sens alternativement). En plus la tension et le courant ont une même fréquence.
  *Remarque:
  • De même que pour la tension alternative, on parle de deux valeurs (maximale et efficace) pour le courant alternatif, et on a cette relation entre ces deux valeurs:I_M=1.41*I_eff
  • Le symbole DC (pour direct current en anglais) ou CC (pour courant continu en français) ou = et le symbole AC (pour alternating current en anglais) ou CA (pour courant alternatif en français) ou ~
  Exercices: je m’entraine p184 ; 1 ;2 ;3 p188et 6 et 7 p189.