Assistance scolaire personnalisée

Mercredi 23 avril 2014. Bonjour > Se connecter
icone FicheFiche
ExercicesExercices
Icône de rechercheRechercher

Les propriétés d'une tension alternative

À quoi correspondent les indications « 230 V - 50 Hz » qu'il est souvent possible de lire au dos des appareils électriques ?
Réponse : 230 V est la tension efficace du secteur et 50 Hz est la fréquence de la tension du secteur. Que représentent ces deux grandeurs ?
I. La tension maximale
•  Toute tension alternative peut être différenciée d'une autre par la valeur maximale prise par la tension au cours du temps qui est appelée tension maximale et notée Umax.
•  Sur le schéma ci-dessus représentant un écran d'oscilloscope, la tension maximale est représentée par 2 divisions verticales pour la courbe noire et par 3 divisions verticales pour la courbe rouge. Si 1 division verticale représente 5 V, la tension maximale est de 2 × 5 = 10 V, dans le premier cas, et de 3 × 5 = 15 V, dans le second.
II. La tension efficace
•  Prenons maintenant un générateur de tension alternative sinusoïdale qui fournit une tension de valeur maximale 10 V mesurée à l'oscilloscope comme dans l'exemple ci-dessus. Branchons aux bornes de ce générateur un voltmètre positionné en alternatif. La tension indiquée n'est pas 10 V mais 7,1 V : le voltmètre n'indique donc pas la valeur maximale de la tension. Mais alors qu'indique-t-il ?
Le voltmètre indique une tension appelée tension efficace et notée Ueff. Pour comprendre à quoi correspond cette tension réalisons l'expérience suivante.
 Protocole : on branche deux lampes identiques, l'une aux bornes d'un générateur de tension continue, et l'autre aux bornes d'un générateur de tension alternative sinusoïdale dont on peut régler la valeur maximale de la tension. Des voltmètres permettent de mesurer les tensions aux bornes des deux lampes. On règle la tension alternative de telle façon que l'éclat de la lampe soit la même qu'avec la tension continue.
•  Observation : lorsque les deux lampes brillent de la même façon, les deux voltmètres indiquent les mêmes valeurs.
•  Interprétation : la tension efficace d'une tension alternative est égale à la valeur de la tension continue qui produirait le même éclat lumineux dans une lampe identique.
La tension maximale Umax est proportionnelle à la tension efficace Ueff et le coefficient de proportionnalité est, pour une tension alternative sinusoïdale, égale à \sqrt{2}, ce qui signifie que : \frac{\textit{U}_{max}}{\textit{U}_{eff}}=\sqrt{2}.
III. La période d'une tension alternative
•  Toutes les tensions alternatives visualisées jusqu'à présent peuvent être découpées en parties identiques qui se répètent à intervalles de temps régulier : ces tensions sont dites périodiques et la plus petite partie d'une tension qui se répète est appelée motif élémentaire. La durée pendant laquelle le spot décrit un motif élémentaire est appelée période (exprimée en seconde).
En rouge, est représenté un motif élémentaire et en bleu, la période correspondante (notée T).
•  Remarque : nous connaissons tous des phénomènes qui se répètent à intervalles de temps réguliers : Noël (période de 1 an), la parution d'un quotidien (période de 1 jour), la parution d'un hebdomadaire (période de 1 semaine).
IV. La fréquence d'une tension alternative
•  La période d'un quotidien est beaucoup plus courte que la période d'un hebdomadaire : un quotidien a donc une fréquence de parution plus grande qu'un hebdomadaire. Plus généralement, plus un phénomène se reproduit souvent dans un temps donné, plus sa fréquence est grande et plus sa période est petite.
On peut de la même façon définir la fréquence d'une tension périodique. C'est le nombre de fois que se répète le motif élémentaire pendant une seconde. Elle s'exprime en hertz (Hz) et se note f.
•  Protocole : réglons l'oscilloscope sur une vitesse de balayage de 0,1 s par division. Ainsi, le spot parcourt tout l'écran en 1 s. Visualisons trois tensions alternatives sinusoïdales de fréquences différentes.
•  Observation  : plus la période T de la tension est petite, plus on observe de motifs élémentaires et plus la fréquence de la tension augmente.
•  Interprétation  : la fréquence d'une tension est simplement l'inverse de la période.
On a \textit{f} = \frac{1}{\textit{T}}f est exprimée en hertz (Hz) et T en secondes (s).
© rue des écoles. Tous droits réservés.
Partager
Partager sur Tweeter