La tension alternative
Objectifs
À la fin de ce chapitre, vous saurez :
• distinguer une tension continue, variable, périodique et alternative ;
• déterminer à l'oscilloscope la période T et calculer la fréquence f d'une tension ;
• mesurer l'amplitude (valeur maximale) d'une tension sinusoïdale ;
• mesurer une tension efficace au voltmètre et utiliser Ueff = Umax/2.
Prérequis : tension électrique, utilisation d'un voltmètre ; notion de phénomène périodique.
Situation de départ
On branche à la fois un voltmètre et un oscilloscope aux bornes de la sortie « 6 V ~ » d'un générateur. Sur l'écran de l'oscilloscope, la trace monte et descend sans arrêt : la tension change à chaque instant.
Pourtant, le voltmètre affiche une valeur fixe, 6 V ! Que mesure donc le voltmètre ? Et comment décrire une tension qui ne cesse de changer ?
I. Tensions continues et tensions variables
• Une tension continue garde la même valeur au cours du temps (pile, batterie) : à l'oscilloscope, la trace est une droite horizontale.
• Une tension variable change de valeur au cours du temps ; on la note avec une lettre minuscule, u(t) ou u.
Tension périodique
Une tension variable n'est pas toujours périodique. Elle est périodique si son oscillogramme est formé d'un même motif qui se répète identique à lui-même, à intervalles de temps égaux.
• La période T est la plus petite durée au bout de laquelle la tension se reproduit identique à elle-même ; elle s'exprime en secondes (s).
• La fréquence f est le nombre de périodes par seconde ; elle s'exprime en hertz (Hz) :
T = 20 ms = 0,020 s donne f = 10,020 = 50 Hz ; une fréquence de 2 kHz correspond à T = 12000 = 5.10-4 s = 0,5 ms.
II. La tension alternative
Branchons une dynamo de vélo sur un oscilloscope et faisons tourner sa roue : la trace monte au-dessus de la ligne centrale puis descend au-dessous. La tension présente des alternances positives et des alternances négatives.
Une tension alternative est une tension variable dont le signe s'inverse régulièrement, qui est périodique, et dont les alternances positives et négatives se compensent : l'aire d'une alternance positive est égale à celle d'une alternance négative (autant d'électricité passe dans un sens que dans l'autre).
Si, de plus, les deux alternances sont superposables, la tension est alternative symétrique.
Un générateur basses fréquences (GBF) fournit des tensions alternatives de différentes formes : sinusoïdale, triangulaire ou en créneaux. Des boutons permettent de régler leur fréquence et leur valeur maximale.
III. Grandeurs caractéristiques d'une tension sinusoïdale
Une tension sinusoïdale varie comme la fonction sinus, entre +Umax et -Umax. Pour la mesurer, on relie le point A à l'entrée Y de l'oscilloscope et le point B à la masse : la trace représente uAB(t).
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