La tension alternative.

1. Tensions continue et alternative à l'oscilloscope.

Si vous avez consulté le chapitre consacré à l'oscilloscope, vous avez vu que cet appareil permet de "voir" une tension. Il est recommandé de consulter cette page si ce n'est déjà fait.


• Afficher une tension continue.
  
  Vous allez afficher un oscilloscope. Maintenez le bouton gauche de votre souris enfoncé après l'avoir placée sur la barre de titre de la fenêtre qui apparaîtra au centre de votre écran pour pouvoir la déplacer afin de lire le texte qu'elle cache.
  
  Tension continue.
  
  Sélectionnez la forme du signal "constante" en bas à gauche (tension continue).
  Vous obtenez soit un point (si vous avez désactivé le balayage en cochant la case XY en haut à droite) ou une droite horizontale (si vous avez activé le balayage en décochant la case XY en haut à droite).
  Le point ou la droite ont une déviation dont l'amplitude est fonction de la sensibilité verticale choisie (bouton du bas).
  

Cet oscillogramme est celui d'une tension continue. Eb effet, la valeur de celle-ci est toujours la même au cours du temps. Une telle tension est produite par des générateurs tels que piles et accumulateurs.

• Afficher une tension alternative.


Vous allez afficher de nouveau votre oscilloscope.

Sélectionnez la forme de signal "sinus" (en bas à gauche). Vous obtenez si vous avez activé le balayage (voir le processus ci-dessus) une courbe appelée sinusoïde. Elle représente les variations de la tension au cours du temps. Vous constatez que contrairement à la tension continue, les valeurs prises par la tension alternative sont variables au cours du temps alternativement positives puis négatives.
La courbe ci-dessus représente l'oscillogramme obtenu à l'oscilloscope (avec balayage).
Elle est constituée d'une suite d'alternances positives puis négatives. On dit que cette tension est alternative. La courbe obtenue étant une sinusoïde, cette tension est alternative sinusoïdale.

2. Production d'une tension alternative.

• Action d'un aimant sur une bobine.

Si vous voulez afficher l'applet (animation), il faut vous connecter à Internet. Il va vous falloir ensuite actualiser cette page pour faire apparaître l'applet après connexion (affichage puis actualiser).

Que montre cet applet?

Une bobine qui se déplace dans un champ magnétique fait naître un courant induit.
Le voltmètre montre que la tension est alternativement positive puis négative. Cette tension est alernative.

Une bobine est un enroulement d'un fil de cuivre vernissé (pour éviter les courts-circuits). Chaque tour est appelé spire.

3. Etude d'une sinsoïde.

3.1 La période d'une tension alternative.

Sur la sinusoïde ci-dessus représantant une tension alternative sinusoïdale, la période est le plus petit modèle de base appelé motif élémentaire qui lorsqu'il est reproduit donne la courbe toute entière.
On peut choisir une alternance positive et une négative. Il y a une infinité de motifs élémentaires.
La période se note par la lettre T. Elle s'exprime en secondes (s). C'est le temps correspondant à un motif élémentaire qu'on lit sur l'axe des temps horizontal.

3.2 La fréquence.


La fréquence est le nombre de périodes par seconde. On la désigne par la lettre f. Elle s'exprime en Hertz (Hz).



f = 1 / T avec f en Hz et T en s ou T = 1 / f



Les multiples de l'hertz:

-- Le kilo-hertz: 1 kHz = 1 000 Hz = 10³ Hz
-- Le méga-hertz: 1 MHz = 1 000 000 Hz = 1 000 kHz = 10⁶ Hz = 10³ kHz
-- Le giga-hertz: 1 GHz = 1 000 000 000 Hz = 1 000 MHz = 1 000 000 KHz = 10⁹ Hz = 10⁶ kHz = 10³ MHz


3.3 La pulsation.



La sinusoïde obtenue est la combinaison de 2 déplacements de l'extrémité du vecteur tournant.

• Un monvement vertical.


• Un monvement horizontal de gauche à droite.
  
  
Pour dessiner une période, le vecteur tournant doit décrire un tour complet.
La vitesse de rotation angulaire de ce vecteur tournant est appelée pulsation.



w = 2p / T avec T en s et w en rd/s ou w = 2pf avec f en Hz



Pour visualiser l'animation ci-dessous, ***connectez-vous***.
Animation proposée par l'Université du Mans




4. Valeur efficace d'une tension alternative sinusoïdale.


C'est la valeur de la tension continue qui produirait les mêmes effets (en particulier l'effet Joule).



UMax = UEff x avec ***le triangle magique***, vous pourrez retrouver les 2 autres égalités découlant de celle-ci.



Exercices résolus.

1. Quelle est la nature des tensions?
Voici les choix possibles:
-- Continue
-- Alternative
-- Alternative sinusoïdale
-- Périodique
Amenez votre souris (sans cliquer) sur la zone grisée pour faire apparaître la bonne réponse.




périodique-alternative	périodique-alternative	périodique-alternative sinusoïdale
périodique-alternative sinusoïdale	périodique	continue



Un conseil

2. Quelle est la période d'un signal de pulsation 2 x 10⁸ rd/s ?

w = 2p / T
T = 2p / w
T = 2p / 2 x 10⁸
T = 3,14 x 10^-8 s

3. Quelle est la fréquence d'un signal de pulsation 5 x 10⁶ rd/s?

w = 2pf
f = w / 2p
f = 5 x 10⁶ / 2p
f = 7,957 x 10⁵ Hz = 795,7 kHz

4. Quelle est la pulsation d'un signal périodique de fréquence 12 MHz ?

w = 2pf
w = 2p x 12 x 10⁶
w = 7,54 x 10⁷ rd/s

5. Quelle est la fréquence d'un signal de période 20 µs?

f = 1 / T
f = 1 / 20 x 10^-6
f = 5 x 10⁴ Hz = 50 kHz

6. Quelle est la valeu efficace d'une tension alternative sinusoïdale de valeur maximale 11,8 V ?

U_eff = U_Max /
U_eff = 11,8 /
U_eff = 8,34 V

7. Quelle est la valeu maximale d'une tension alternative sinusoïdale de valeur efficace 13,8 V ?

U_Max = 13,8 x
U_eff = 16,1 V