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Cours

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(1) TENSION ALTERNATIVE
Mise en évidence

1. Deux types de tensions - Étude au voltmètre

1.1. Tension continue

Expérience : On mesure au voltmètre la tension aux bornes d'une pile.
L'écran indique toujours la même valeur.
On représente "l'évolution" de la tension en fonction du temps :

1.2. Tension alternative

Expérience : Sur le même calibre, on mesure au voltmètre la tension aux bornes d'un générateur de tension alternative très basses fréquences.

L'indication du voltmètre varie. Le générateur est réglé pour qu'elle varie lentement. On relève sa valeur toutes les 10 s. On la porte dans un tableau.
On représente ensuite l'évolution de la tension en fonction du temps.

Exemple de résultats :

t (s)	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100	110	120	130	140	150	160	170	180
U (V)	3,5	0	-3,6	-6	-7	-6	-3,4	0	3,5	6	7	5,9	3,4	0	-3,5	-6	-7	-5,9	-3,4

La forme nous dit que nous avons tracé le graphe de l'évolution en fonction du temps d'une tension alternative sinusoïdale.

01 Tension variable | Étude au voltmètre

2. Deux types de tensions - Visualisation à l'oscilloscope

2.1. Tension continue

Sans balayage :

Comparer avec la valeur donnée par le voltmètre au § 1.1.

Avec balayage :

Comparer avec le graphe tracé au § 1.1.

02 Tension continue à l'oscilloscope

2.2. Tension alternative

Sans balayage :

Avec balayage :

Comparer la forme de cette courbe avec le graphe tracé au § 1.2.

03 Tension alternative à l'oscilloscope

(2) TENSION ALTERNATIVE
Caractéristiques, mesures, calculs, définitions

1. Caractéristiques

Exemple :

1.1. Période T

Une tension alternative est une fonction périodique. Un phénomène est périodique lorsqu'il revient identique à lui-même à intervalles de temps réguliers. Cet intervalle est la période T.
La durée qui sépare deux crêtes est T.
La durée qui sépare deux creux est T aussi.
Et T est également la durée du motif élémentaire (en bleu sur l'exemple), qui se répète identique à lui-même, c'est à dire une alternance positive ET une alternance négative.

Définition :

La période T d'une tension alternative est la durée de son motif élémentaire.

Application :

Mesurez la période de la tension étudiée sur l'exemple :

Sur l'écran, le motif élémentaire occupe 5 divisions horizontales quand le bouton de la sensibilité horizontale est sur 0,5 ms/div. La période vaut donc : 5 x 0,5 ms = 2,5 ms, soit :

T = 2,5 x 10^-3 s

01 Période et sensibilité horizontale

1.2. Fréquence f

Définition :

La fréquence f est le nombre de périodes par seconde.
Elle s'exprime en hertz (Hz).

La fréquence est l'inverse de la période ou encore c'est le nombre de périodes par seconde.

T en secondes (s)
f en hertz (Hz)

La période, en secondes, est donc aussi l'inverse de la fréquence exprimée en hertz : T = 1/f.

Application :

Calculez la fréquence de la tension étudiée sur l'exemple :

La période, en secondes, vaut T = 2,5 x 10^-3 s. La fréquence vaut alors 1/T, soit 1/2,5 x 10^-3 s = 10³/2,5 = 400 Hz

f = 400 Hz

1.3. Tension maximale Umax

Une tension alternative varie entre deux valeurs : + U_max et - U_max.
U_max est nommée amplitude ou valeur maximale de la tension.

Définition :

L'amplitude d'une tension alternative est la valeur maximale de cette tension, mesurée à partir de zéro.

02 Amplitude et sensibilité verticale

Application :

Que vaut l'amplitude de la tension étudiée sur l'exemple :

Sur l'écran, chaque alternance occupe 3 divisions verticales lorsque le bouton de la sensibilité verticale est sur 2 V/div. L'amplitude vaut donc : 3 x 2 V = 6 V :

U_max = 6 V

1.4. Tension efficace Ueff

Une lampe en continu (4,24 V) brille autant qu'en alternatif (U_max = 6 V). Cela est dû au fait que 4,24 V est la moyenne d'une tension sinusoïdale redressée d'amplitude 6 V. On parle alors de tension efficace.

Sur la position "alternatif", ~, le voltmètre mesure la valeur efficace de la tension. On la note U_eff ou simplement U.