1) Mise en évidence de tensions
variables
Branchons deux diodes électroluminescentes (DEL) en dérivation, en
sens inverse, aux bornes d'un
générateur continu. (Ne pas oublier les résistances de
protection en série.)
Une seule DEL fonctionne, celle dont l'anode est reliée à la borne positive du
générateur. L'autre est bloquée le courant ne la traverse pas.
Si on inverse le générateur en permutant ses bornes, c'est la DEL qui
était précédemment bloquée qui éclaire.
Recommençons la même expérience avec un générateur
"alternatif" de basse tension (sortie 6V d'un transformateur,
génératrice de bicyclette...)
Les deux DEL semblent fonctionner en même temps. Est-ce
possible?
Bien sûr que NON! Nous pouvons le vérifier en déplaçant rapidement les DEL (il
faut les relier avec de longs fils souples): Nous apercevons alors des
pointillés lumineux qui nous apprennent que les DEL, en réalité, fonctionnent
alternativement, par
intermittence. A cause de la persistance de l'image sur notre rétine, les
DEL semblent éclairer continuellement si cette image se forme toujours au même
endroit dans l'oeil.
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CONCLUSION: La tension fournie par une génératrice de bicyclette ou un
transformateur est variable, elle s'inverse au cours du temps.
Ces variations étant en général très rapides, les voltmètres conçus
pour le courant continu, ne peuvent pas être utilisés.
Pour étudier les tensions variables, on peut utiliser un oscilloscope
ou pratiquer l'EXAO
(expérimentation assistée par ordinateur). Cliquez
sur ces mots pour de plus amples renseignements
Le but est d'obtenir une courbe représentant les variations
de la tension en fonction du temps.
2) Caractéristiques des tensions
alternatives
Amplitude d'une tension alternative
L'amplitude Um d'une tension
alternative est sa valeur maximale.
On la calcule en multipliant le
déplacement vertical maximal du spot (en cm) par le gain (en V/cm)
Ci-contre on observe une déviation maximale
de 3 cm (ou 3 divisions) .
Si la sensibilité est 2 V/div la tension
maximale est Um = 2V/div x 3 div = 6 V
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Période
d'une tension alternative
Une tension alternative est périodique:
elle reprend la même valeur au bout d'un intervalle de
temps appelé période (T).
On la calcule en multipliant la longueur d'un motif sur l'écran (en cm ou
div), par exemple la distance horizontale entre deux maxima successifs de la
courbe, par la valeur du balayage (en s/cm ou en
ms/cm).
Sur l'oscillogramme ci-dessus on mesure une
longueur de motif de 4 div .
Si le temps de balayage est 5 ms/div, la période est T = 5 ms/div x
4 div = 20 ms
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Fréquence
d'une tension alternative
La fréquence f d'une tension alternative
est le nombre de périodes par seconde.
C'est l'inverse
de la période. On l'exprime en hertz (symbole: Hz)
f
= 1/T
Si T = 20 ms = 2 x 10-2 s , la
fréquence est f = 1 / (2 x 10-2
s) = 50 Hz
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| Valeur
efficace d'un tension alternative |
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Si on soumet un voltmètre pour tension continue à une
tension alternative, le voltmètre indique 0V. Il mesure la valeur
moyenne de la tension, elle est nulle.
Si on utilise un voltmètre pour l'alternatif, l'appareil
indique une valeur qui est différente de la tension maximale. Il
s'agit de la tension efficace.
La tension efficace correspond à la tension continue qui
produit le même effet thermique (même échauffement d'un conducteur)
Exemple: La tension du secteur a une valeur efficace de 230V
signifie qu'une lampe à incandescence branchée sur le secteur
éclairera de la même façon que si elle était reliée à un
générateur continu de 230V.
Cas d'une tension sinusoïdale:
Pour une tension sinusoïdale, le rapport entre la tension
maximale et la tension efficace est égal à 1,414 (racine carrée
de 2)
Application: Si la tension efficace du secteur est 230V,
sa valeur maximale est 230V x 1,414 = 325V
Remarque: ce rapport n'est valable que pour une tension
sinusoïdale.
Les voltmètres alternatifs sont en général adaptés
aux tensions sinusoïdales et donnent des indications erronées de
la valeur efficace si la tension est de forme différente (tension triangulaire ou
carrée, dents de scie...)
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