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© PIERRON 2008 Tracé d"une sinusoïde point par point à la main (page 1) Document du professeur 1/5

Programme

Cette séance expérimentale illustre la partie de programme ci-dessous, parue dans l"annexe IV à l"arrêté du 6 avril

2007 publié au BO hors série n° 6 du 19 avril 2007, afin de tenir compte du socle commun de connaissances et de

compétences au collège (B.O. n° 29 du 20 juillet 2006). B - ÉNERGIE ÉLECTRIQUE ET CIRCUITS ÉLECTRIQUES EN " ALTERNATIF » B.1 - De la centrale électrique à l"utilisateur Connaissances Capacités Exemples d"activités TENSION CONTINUE ET TENSION ALTERNATIVE PÉRIODIQUE Qu"est-ce qui distingue la tension fournie par le "secteur» de celle fournie par une pile ?

Construire une représentation graphique de l"évolution d"une tension alternative périodique ; en décrire l"évolution.

Reconnaître une tension alternative périodique. Déterminer graphiquement sa valeur maximale et sa période.

Relever point par point les variations au cours du temps d"une tension alternative périodique.

Construire à la main et/ou à l"aide

d"un tableur-grapheur la courbe représentant les variations d"une tension alternative périodique en fonction du temps. [B2i] [Technologie : Architecture et cadre de vie (domotique) ; Énergie et environnement] [Mathématiques: ordre de grandeur, notation scientifique, représentation graphique]

Pré requis de l"élève :

o L"élève sait mesurer la tension aux bornes d"un générateur. o L"élève sait tracer un graphique.

Mots-clé

o Tension o Périodique o Période o Alternative o Continue o Voltmètre

Liste de matériel

Poste élève Références o Générateur TBF 04730 o Multimètre 01939 o Fils de connexion noirs 60010 o Fils de connexion rouges 60011 o Chronomètre 12823

Remarque : un voltmètre de bureau peut également être utilisé par l"ensemble de la classe (référence 01799).

De même un " compteur de temps de bureau » peut être utile pour la prise des valeurs (référence 12821)

Remarques et astuces :

Niveau 3ème

Physique - Chimie

TRACÉ D"UNE SINUSOIDE POINT PAR

POINT A LA MAIN (valeurs maximale

et minimale, période)

© PIERRON 2008 Tracé d"une sinusoïde point par point à la main (page 2) Document du professeur 2/5

o Il faut veiller à ce que les élèves relient les points à main levée, et non avec une règle, pour donner à la

courbe une forme " fluide » respectant son allure générale.

o On choisira une fréquence qui permette d"obtenir un motif en un temps " raisonnable » (par exemple

une fréquence d"environ 10 mHz.)

o Si l"expérience est collective, l"utilisation de la caméra permet de visualiser l"écran du voltmètre pour

les élèves situés au fond de la salle. o Le voltmètre doit être placé en mode " continu » pour cette série de mesures. o Le professeur peut utiliser le logiciel OVAO qui dispose d"une fonction chronomètre avec un avertisseur sonore à intervalles de temps réguliers. Prolongement technique : Construire un graphique Comment tracer le graphique représentant l"évolution d"une tension au cours du temps ?

1. Repérer la grandeur à porter sur l"axe des abscisses (ici le temps) et celle à porter sur l"axe des ordonnées

(ici la tension).

2. Observer les valeurs du tableau de mesures. La tension comporte des valeurs positives et négatives :

on place donc ici l"axe des abscisses au centre de la feuille.

3. Tracer les deux axes perpendiculaires sur une feuille de papier millimétré et indiquer les grandeurs sur les

axes ainsi que leurs unités : - sur l"axe des ordonnées : tension 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 ordonnées. - choisir une échelle simple et la plus grande possible. - placer des divisions régulièrement espacées. - ne pas oublier l"origine.

5. Placer les points de mesure avec des " croix comme celle-ci + » dont une branche et horizontale et l"autre

verticale (pas de croix de " Saint André : ×). Cela correspond aux valeurs de la tension et du temps pour chaque colonne du tableau.

6. Tracer à main levée la courbe qui doit passer par un maximum de points de mesures.

(Il ne faut surtout pas tracer la courbe en reliant point par point à la règle).

7. Donner un titre au graphique et le légender si plusieurs courbes y figurent.

Compétences qu"il est possible d"évaluer

Expérimentales - Tracer le graphe point par point d"une tension alternative sinusoïdale. - Déterminer le " motif élémentaire » d"une tension alternative sinusoïdale. - Déterminer graphiquement la période et les valeurs maximale et minimale d"une tension alternative sinusoïdale. Théoriques - Reconnaître une tension variable. - Reconnaître une tension alternative périodique.

© PIERRON 2008 Tracé d"une sinusoïde point par point à la main (page 3) Document du professeur 3/5

Objectifs : - Tracer le graphe point par point d"une tension alternative sinusoïdale - Déterminer le " motif élémentaire » d"une tension alternative sinusoïdale.

- Déterminer graphiquement la période et les valeurs maximale et minimale d"une tension alternative

sinusoïdale. Activité 1 : Mettre en évidence une tension alternative

1. Expérience avec les DEL

Réaliser le montage ci-contre représentant deux DEL protégées par une résistance et branchées en dérivation et en sens inverse aux bornes d"un générateur TBF.

Mettre en marche le générateur.

Qu"observez-vous ?

Les DEL clignotent alternativement. Lorsque la DEL rouge est allumée, la DEL verte est éteinte et inversement.

Que peut-on dire du sens du courant électrique ? Le courant électrique change de sens de manière périodique.

2. Mesure avec un voltmètre

Brancher un voltmètre en mode continu aux bornes d"un générateur TBF.

Observer la tension qu"il affiche.

Comment évolue cette tension au cours du temps ? La tension varie au cours du temps : c"est une tension variable

Elle prend des valeurs alternativement positives et négatives qui se répètent au cours du temps de façon régulière :

c"est une tension alternative périodique Activité 2 : Etude de la tension délivrée par un générateur TBF

1. Relevé de la tension aux bornes du générateur TBF.

Brancher un voltmètre en mode " continu » aux bornes d"un générateur TBF. Grâce au bouton noté " fréquence », régler le générateur pour que les variations de la tension lue sur le voltmètre soient assez lentes pour avoir le temps de les lire et de les noter toutes les 5 secondes environ dans le tableau ci-après.

Niveau 3ème

Physique - Chimie

TRACE D"UNE SINUSOIDE POINT PAR

POINT A LA MAIN (valeurs maximale

et minimale, période)

© PIERRON 2008 Tracé d"une sinusoïde point par point à la main (page 4) Document du professeur 4/5

2. Tracé du graphe représentant l"évolution de la tension en fonction du temps.

Utiliser le papier millimétré pour tracer le graphe représentant l"évolution de la tension U en fonction du temps t.

Indiquer :

- sur l"axe des ordonnées : tension U (V) - sur l"axe des abscisses : temps t (s)

Choisir l"échelle la plus adaptée.

En ordonnée : 1cm pour ....... V

En abscisse : 1 cm pour .........s

Sur papier millimétré, avec l"exemple donné, l"élève utilisera l"échelle suivante :

En ordonnée : 1cm pour 0,5 V

En abscisse : 1 cm pour 10 s

Temps t

en secondes 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Tension

U en volts

1.6 2.2 2.6 2.9 3 2.9 2.6 2.2 1.6 0.9

Temps t

en secondes 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95

Tension

U en volts

0.2 -0.5 -1.2 -1.9 -2.4 -2.8 --2.9 -3 -2.8 -2.5

Temps t

en secondes 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145

Tension

U en volts -2 -1.3 -0.6 0.1 0.9 1.5 2.1 2.6 2.9 3

Temps t

en secondes 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195

Tension

U en volts

2.9 2.7 2.3 1.7 1 0.3 -0.4 -1.2 -1.8 -2.3

© PIERRON 2008 Tracé d"une sinusoïde point par point à la main (page 5) Document du professeur 5/5

La courbe u = f(t) présente l"allure mathématique d"une sinusoïde : on dit que la tension est sinusoïdale

3. Détermination graphique de la période et des valeurs maximale et minimale d"une tension alternative

sinusoïdale. La tension représentée est-elle alternative ? Justifier. oui, elle est alternative car elle prend des valeurs alternativement positives et négatives

La tension représentée est-elle périodique ? Justifier. oui, elle est périodique car les valeurs se répètent

régulièrement au cours du temps.

Quelle est sa valeur maximale U

max? Umax = 3 volts Quelle est sa valeur minimale Umin ? Umin = - 3 volts

Quelle relation existe-t-il entre U

max et Umin ? Umax et Umin sont opposés : Unim = - Umax

La courbe tracée montre un motif dit élémentaire, qui doit être le plus petit possible et qui doit se répéter

régulièrement. Repasser en couleur ce motif.

Quelle est la durée de ce motif ?

145 - 20 = 125 s

On appelle période la durée T d"un motif élémentaire qui se répète identique à lui-même.

Quelle est la période de la tension ?

T = 125 s

EN CONCLUSIONEN CONCLUSIONEN CONCLUSIONEN CONCLUSION :::: Une tension alternative prend alternativement des valeurs positives et négatives. Une tension sinusoïdale est une tension alternative périodique caractérisée par : - sa période T exprimée en seconde (s) qui correspond à la durée d"un motif élémentaire qui se reproduit identique à lui-même à chaque nouvelle période. - sa valeur maximale Umax exprimée en volts (V) qui est la valeur la plus élevée de la tension et qui est égale à l"opposé de sa valeur minimale :

Umax = - Umin

T Umaxquotesdbs_dbs24.pdfusesText_30

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