Mesure des tensions alternatives périodiques – 3ème – Cours – Physique – Chimie – Collège
- Comment mesure-t-on la tension alternative périodique ?
- Qu’est-ce qu’un oscilloscope et quel est son principe de mesure?
- Qu’est-ce qu’une tension efficace ?
- Qu’est-ce qu’ voltmètre en tension sinusoïdale ?
- I. L’oscilloscope
1) Utilité
L’oscilloscope est un appareil utilisé pour visualiser et étudier une tension continue ou variable en fonction du temps.
Il permet donc:
– d’observer directement la forme de la tension et ses motifs.
– de déterminer la période.
– de mesurer les tensions maximales et minimales.
2) Le branchement
Un oscilloscope se branche comme un voltmètre:
– En dérivation d’un dipole.
– En utilisant une borne X ou Y et la borne de Terre.
L’axe vertical constitue l’axe des tensions et l’axe horizontal, celui du temps.
L’oscilloscope affiche une tache lumineuse au centre de l’écran appelée spot. La déviation verticale du spot est proportionnelle à la tension mesurée par l’oscilloscope.
- II. Étude de tensions alternatives sur oscillogramme
1) Réglages de l’oscilloscope
Sensibilité verticale :
L’axe des ordonnées (vertical) est l’axe des tensions : Son échelle est choisie grâce au bouton V/DIV. (appelé sensibilité verticale). On la note Sv et elle s’exprime en Volt par division.
Exemple : Sv =2V/div, C’est l’échelle choisie suivant l’axe des tensions.
Sensibilité horizontale :
L’axe des abscisses (horizontal) est l’axe du temps. Son échelle est choisie grâce au bouton T/DIV (balayage).
Exemple 5ms/div, C’est l’échelle choisie suivant l’axe des temps.
Remarque: un carreau correspond à une division et une graduation correspond à 0,2 division.
Exemple : si l’on choisit une sensibilité verticale de 5 V alors chaque carreau correspond à 5V et chaque graduation à 0,2 x 5 = 1 V.
2) Le balayage
La vitesse de balayage noté B est le temps mis par le spot pour décrire une division de l’écran (horizontalement).
Quand le balayage est suffisamment rapide, on n’observe plus un spot mais une courbe continue : c’est ce qu’on appelle l’oscillogramme.
3) Mesure de Umax:
Pour connaître la valeur de la tension maximale, on mesure la déviation verticale Y par rapport au 0 de l’oscillogramme et on la multiplie par la sensibilité verticale Sv.
Umax = Sv x Y
4) Mesure de la période
Pour mesurer la période T, on détermine le nombre de divisions X correspondant à une période et on le multiplie par le balayage B.
T = X x B
5) Fréquence d’une tension périodique
La fréquence d’une tension périodique correspond au nombre de motifs élémentaires qui se répètent pendant une seconde. La fréquence se note f et s’exprime en Hertz (Hz) ou avec une unité dérivée (kilohertz, mégahertz, gigahertz etc)
Elle peut être calculée à partir de la période: f = 1/ T
- III. Mesure d’une tension efficace à l’aide d’un voltmètre.
1) Utiliser un multimètre en mode voltmètre alternatif
Le multimètre possède un mode voltmètre alternatif (repéré grâce au symbole ~) dans lequel il mesure la tension efficace (notée Ueff) d’une tension alternative sinusoïdale.
2) Relation entre tension maximale et tension efficace
Expérience: On mesure à l’oscilloscope les valeurs maximales Umax de deux tensions sinusoïdales différentes, tout en lisant la valeur Ueff affichée sur un voltmètre en mode alternatif.
On trouve les résultats suivants :Le rapport de la valeur maximale à la valeur efficace de la tension est proche de √2.
La tension efficace d’une tension alternative sinusoïdale est liée à la tension maximale par la relation:
Ueff = Umax / √2
En mesurant une tension efficace avec un voltmètre on peut donc en déduire la tension maximale puisque :
Umax = Ueff x √2
La valeur inscrite sur le générateur correspond à la valeur mesurée par le voltmètre : les valeurs des tensions indiquées sur les appareils par les constructeurs sont des tensions efficaces.
3) Signification de la tension efficace
Une tension alternative a (en moyenne) les mêmes effets qu’une tension continue si sa valeur efficace correspond à la valeur de cette tension continue.
Exemple: L’éclat d’une lampe est en moyenne le même avec une tension continue de 6 V et une tension alternative de valeur efficace 6 V.
4) La tension du secteur
La tension disponible entre les bornes d’une prise de courant s’appelle la tension du secteur.
La tension du secteur est une tension alternative sinusoïdale.
En France, sa fréquence est de 50 Hz et sa période de 20 ms.
La valeur efficace que l’on mesure est 230 V.
La valeur maximale de la tension du secteur est donc de 325 V. Elle est très dangereuse !
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