Chapitre 7 tensions alternatives et continues _fini

Chapitre 7
TENSIONS ALTERNATIVES ET CONTINUES
I)
Les différents types de tensions
Définition : La tension aux bornes d’un générateur caractérise le signal électrique
(énergie électrique) que délivre ce générateur.
Les différentes tensions :
TENSIONS
Autres
Tensions
Continues
Positive
Tensions
Alternatives
Négative
Triangulaire
Créneau
U(V)
U(V)
U(V)
t(s)
T
Sinusoïdale
t(s)
T
t(s)
T
Tension alternative : C’est une tension variable (qui ne reste pas constante),
périodique , alternativement positive et négative.
Tension périodique : tension pour laquelle un motif se répète dans le temps (motif
en rouge au dessus).
Période de la tension : C’est le temps que dure le motif qui se répète. On la note T
et elle s’exprime en secondes (ou millisecondes,… )(voir ci-dessus)
Grace à la période, on peut définir une nouvelle grandeur appelée fréquence et
notée « f ». Elle correspond au nombre de fois que le motif se répète en une
seconde.
Mathématiquement :
݂=
ଵ
்
Pour les calculs, T s’exprime en secondes et l’unité de f est alors le Hertz (Hz).
Exemple :
݂=
ଵ
்
=
ଵ
ଶ଴௠௦
1
ሺ20 ∗ 10ିଷ ሻ
1
1
= ∗ ିଶ
2 10
1
= ∗ 10ଶ
2
= 50‫ݖܪ‬
=
T = 20ms
Les différentes sources de tension :
• Les piles délivrent des tensions continues (il en existe des salines, des
alcaline ou au lithium).
• Alternateur : il délivre une tension alternative sinusoïdale.
• Secteur EDF : Il délivre une tension alternative sinusoïdale telle que Ueff =
220V et f = 50Hz
• L’homme crée aussi des générateurs capables de lui fournir des tensions
particulières (triangulaire, créneau,….) en fonction de l’usage qu’il veut en
faire. De manière générale, le diagramme énergétique d’un générateur sera le
suivant :
Secteur EDF
Energie électrique
Energie électrique
Générateur
~22OV et 50Hz
II.
MESURES DE TENSIONS (Conclusions
du TP)
1. Les tensions continues
Le voltmètre et l’oscilloscope indiquent la même
valeur pour la tension.
Signal électrique
adapté au besoin
de l’utilisateur
Pour le Voltmètre :
Se placer en mode Continu :
V
Branchement entre V et Com .
2. Les tensions alternatives sinusoïdales
L’oscilloscope permet de voir l’évolution de la
tension avec le temps, elle est variable.
On peut mesurer sa valeur maximale Umax et sa
période T. On peut ensuite calculer sa fréquence f.
Pour le Voltmètre :
Se placer en mode Continu :
V~
Branchement entre V et Com .
Le Voltmètre affiche une valeur constante malgré que la tension soit variable.
Cette valeur est appelée Tension efficace et est notée Ueff.
Nous avons montré que : Umax =
Ueff
- La représentation graphique de Umax en fonction de Ueff est une droite.
- On multiplie par
pour passer d’une ligne à l’autre du tableau de valeurs.
- Umax et Ueff sont donc proportionnels.
III.
Puissance et énergie électrique
A quoi correspondent les grandeurs indiquées sur le culot de cette ampoule basse
consommation ?
E27 : Culot à vis de 27mm de diamètre
230V~ : Tension nominale d’alimentation
(tension alternative de 230V efficace)
50Hz : fréquence de la tension nominale
d’alimentation
87 mA : Intensité nominale
Définition : La Puissance d’un appareil correspond à la quantité d’énergie qu’il
consomme en une seconde. La puissance s’exprime en Watt et est notée P.
Mathématiquement :
P= U * I
avec U : la tension en Volts
I : l’intensité en Ampère
P : la puissance en Watt
Remarque : Pour les tensions sinusoïdale, il faut utiliser les grandeurs efficaces Veff
et Ieff données par un voltmètre et un ampèremètre.
Vérifions cette relation pour la lampe proposée :
U=230V et P=20W
Comme P
=U∗I,
୔
I=୙
=
20
= 0,087 ‫ = ܣ‬87 ݉‫ܣ‬
230
Voyons la puissance nominale d’appareils domestiques :
Comment déduire l’énergie consommée par un appareil pendant une durée « t » de
fonctionnement ?
La puissance est donc une quantité d’énergie consommée par secondes.
Les quantités d’énergie se mesurent en Joules et :
1 Joule = 1 Watt * 1 seconde
Pour connaitre l’énergie consommée par un appareil, il faudra donc multiplier sa
puissance par la durée d’utilisation et donc, on exprimera mathématiquement
l’énergie par la relation suivante :
E = P * t où E : énergie en Joules
P : la puissance en Watts
t : le temps en secondes
Exemple : un aspirateur de 1200W pendant 20 min :
L’énergie consommée est : E = 1200 * 20 * 60 = 1,44 *106 J
Remarque 1 : L’énergie et le temps sont proportionnels, le coefficient de
proportionnalité est la puissance P de l’appareil.
Remarque 2 : le kilowatt-heure (kWh) est une autre unité pour exprimer l’énergie
utilisée sur les factures d’EDF( 1 kWh coûte environ 0.10€).
Cette quantité correspond à l’énergie consommée par un appareil d’une puissance
de 1kW =1000 W pendant 1 heure, soit :
Rappel : 1heure = 60 minutes = 60*60 secondes= 3600 secondes
1 kWh= 1000 * 3600 = 103 * 3,6 *103 = 3,6 * 106 J
= 3,6 MJ
ሺmégajouleሻ
BONUS : prix du coup d’aspirateur de 20 min :
1,44 ∗ 10଺ 1,44
ܰ‫ܹ݇ ݁݀ ݁ݎܾ݉݋‬ℎ ܿ‫݉݉݋ݏ݊݋‬é =
=
= 0,4 ܹ݇ℎ
3,6
3,6 ∗ 10଺
ܲ‫݀ ݌ݑ݋ܿ ݑ݀ ݔ݅ݎ‬ᇱ ܽ‫ = ݎݑ݁ݐܽݎ݅݌ݏ‬0,4 ∗ 0,10 = 0,04 €