Visualiser une tension variant dans le temps

Physique – Terminale S
TP n°0
Visualiser une tension variant dans le temps
La maîtrise de la visualisation temporelle de tensions est capitale en sciences expérimentales : la plupart des capteurs
utilisés génèrent un signal électrique qui doit être acquis, traité et interprété. L’objectif de ce TP est d’utiliser un
oscilloscope et un ordinateur muni d’une interface d’acquisition pilotés par Latis Pro pour visualiser une simple tension
sinusoïdale.
1 - Rappels
1.1 - Lire et compléter la fiche de rappels sur les générateurs de tension et l’oscilloscope
1.2 - Tension alternative sinusoïdale


Une tension alternative sinusoïdale est de la forme u (t )  U m sin  2
t

    U m sin  2 f t    , où
T

►Um est l’amplitude de la tension : strictement positive, c’est la valeur de la tension comptée entre 0 et un maximum.
► T est la période temporelle et f la fréquence.
 Rappeler les unités de ces 2 grandeurs et la relation qui les lie
►   2
t
  est l’angle-argument du sinus, en radian, appelé phase ;  est la phase pour t = 0 (phase à l’origine).
T
3 - Utilisation de l’oscilloscope pour visualiser la tension
On prendra l’exemple u (t )  3 sin  2 1000.t  .
3.1 - Réglages du G.B.F
- sélectionner le signal sinusoïdal
- régler l’amplitude à 3,00 V et la fréquence à 1 000 Hz avec le multimètre
3.2 - Visualisation
- Brancher l’oscilloscope pour visualiser la tension en voie A
- Choisir un balayage horizontal de façon à avoir un trait continu
- Mettre ce signal au milieu de l’écran en « faisant le zéro »
- Choisir une acquisition en mode « alternatif »
- Régler la base de temps (horizontale) pour avoir sur l’écran au moins 2 périodes
- Régler la sensibilité verticale pour que la courbe soit la plus « grande » possible
- Préciser la base de temps utilisée et le gain vertical .Tracer la courbe ci contre.
Balayage horizontal :
Sensibilité verticale :
Appeler le professeur lorsque vous avez u = f(t) sur l’écran et tracer la courbe ci-dessus
4 - Utilisation de l’ordinateur + interface + « LatisPro » pour visualiser la tension u(t) = 3 sin ( 2.1000 t )
1. Réaliser l’acquisition de la tension u(t) avec les paramètres d’acquisition suivants.
+ nombre de points : 200 points
Qu’indiquent ces différents réglages ?
+ durée totale : prendre au moins 2 T
+ déclenchement : source : aucune
Appeler le professeur lorsque vous avez sur l’écran u = f(t) en fenêtre 1.
2. Faire apparaître les grandeurs dans le tableur (se reporter à la page correspondante dans le classeur).
3. Modéliser la courbe : se reporter à la page correspondante dans le classeur
4. Créer une grandeur uth dans la feuille de calcul avec les paramètres théoriques de u(t) (cf. 3) et la visualiser en
fenêtre 1.
Problème : on veut l’intensité i = g(t) traversant un résistor de résistance R = 100  . La tension aux bornes du
conducteur ohmique est la tension u(t) acquise précédemment.
5. Utiliser la feuille de calcul pour calculer i.
6. Visualiser i = g(t) en fenêtre 2.
Vous travaillez en réseau : pensez à enregistrer fréquemment votre travail dans le répertoire « Mes Documents » ; c’est un dossier réseau
auquel vous pouvez accéder depuis n’importe quel ordinateur de l’établissement, et à travers l’ENT depuis chez vous.
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RAPPELS SUR LES GENERATEURS DE TENSION ET SUR L'OSCILLOSCOPE
A - Générateurs et tensions
1 - Tension continue - Tension variable
Une tension continue est une tension ….
P
N
Une tension variable est ..
+
−
Unité dans le SI :
2 - Générateur idéal de tension
UPN
Un générateur idéal de tension est un générateur de résistance interne nulle .
La tension UPN à ses bornes est alors constante et égale à la f.e.m notée E.
La valeur de cette tension est réglable avec les générateurs du labo.Mettre la flèche tension représentant UPN
3 - « Générateur basse fréquence » ou G.B.F.
a - Le GBF du labo permet d’avoir des tensions variables dans le temps soit en dent de scie (triangulaire), en carré, ou
sinusoïdale. Une tension variable est généralement notée u(t).
La fréquence des signaux est réglable. La valeur de l’amplitude du signal est aussi réglable.
b - Tension alternative sinusoïdale
Une tension est alternative si ses valeurs sont alternativement positive et négative.
Une tension sinusoïdale est une tension qui a la forme d’une sinusoïde. Elle est
périodique. (cf oscillogramme)
La période temporelle de cette tension est notée T , elle est en ………. dans le SI .
La période est le temps minimal au bout duquel le phénomène se reproduit
identiquement à lui-même.
La période est reliée à la fréquence f par la relation ……….. .
La fréquence est en ………………
dans le système SI
4 - Appareils de mesure
Le fréquencemètre permet de mesurer ……………….. Il se met en …………………
Un volmètre permet de mesurer ………………..
Il se met en …………………
Un ampèremètre permet de mesurer ……………….. Il se met en ……………………
Remarque : En régime sinusoidal un appareil de mesure indique une valeur dite efficace .Cette valeur efficace est liée à la valeur
maximale Um par la relation suivante : U= Um /
2 (tension) I = Im /
2 (intensité)
B - OSCILLOSCOPE
1 - Rôle d’un oscilloscope
La grandeur visualisée par un oscilloscope est une …………. . Un oscilloscope se branche donc …..
L’intensité d’un courant I ne peut être visualisée directement par un oscilloscope ; on résout le problème en
2 - Notions essentielles pour son utilisation
a) Base de temps ou sensibilité horizontale SH ou durée de balayage en s /div ou ms/div ou s/div
Le spot balaie l’écran de gauche à droite puis revient brutalement à gauche.L’échelle des temps est donc horizontale .
Si SH = 2 ms/div cela signifie qu’une division est parcourue en 2 ms
 Donner dans l’encadré la relation entre une date t , SH ,et le nombre nH de divisions
b) Gain vertical ou sensibilité verticale Sv en V/div ou en mV/div
Il y a 2 voies donc on trouve 2 boutons de « gain vertical » .
Si le bouton est sur 1V/div cela signifie qu’une division représente 1 V
 Donner la relation entre une valeur de u(t) , Sv et le nombre nv de divisions
c) Notion de « masse »
Voir fiche « Le vocabulaire de l’électricité » ou encore « Une petite histoire de l’électricité », documents disponibles en
téléchargement sur www.lerepairedessciences.fr
Remarque : une version allégée de Latis Pro est téléchargeable chez vous sur le site www.lerepairedessciences.fr ou chez l’éditeur
www.eurosmart.fr ; une licence est offerte aux élèves du lycée, avec la clé LTP 111 222 333.
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Problèmes sur le tas
Je connecte mon GBF à l’oscilloscope et règle bien l’amplitude à 3,0 V et la fréquence à 1 000 Hz.
 Le multimètre m’indique bien une fréquence de 1 000 Hz en mode fréquencemètre, mais une tension de 2,1 V. Pourquoi ?
 Je monte le GBF ainsi réglé aux bornes d’une résistance R = 10  et mesure la tension à ses bornes (ou aux bornes du GBF) :
surprise ! la tension mesurée n’est plus que de 0,3 V… alors que j’avais réglé mon GBF… Pourquoi ?
Je branche un générateur continu aux bornes d’une résistance R = 10  ; je souhaite mesurer la résistance plus précisément et utilise
pour cela le multimètre en mode ohmmètre… mais la valeur relevéee st délirante. Pourquoi ?
Voici les différents générateur électriques disponibles au laboratoire : nommez-les et précisez, en justifiant, s’il s’agit d’un générateur
de tension continue ou alternative.
Sur le circuit ci-contre,
 indiquez les branchements YA/EA0 et YB/EA1 de l’oscilloscope ou
de la centrale d’acquisition permettant la mesure de la tension au
borne de chaque résistance
 représentez le sens réel du courant électrique i
 représentez les tensions UAo et UB1 ainsi mesurées par le dispositif
 précisez le signe des tensions mesurées, en justifiant
 comment obtenir, par ces mesures, la tension aux bornes du
générateur ?
 comment obtenir l’évolution de l’intensité dans le circuit au cours
du temps ?
Electricité domestique
La puissance classique d’un lave-vaisselle ou d’un lave-linge tourne aux
alentours de 2 kW.
 Que traduit cette puissance ?
 Quelle est l’intensité du courant nominal nécessaire à son
fonctionnement ? A quoi sert la « terre » ?
 La société EDF propose un abonnement de puissance (le plus
faible étant de 6 kW), mais facture en énergie consommée : en
quoi est-ce plus intéressant pour la société ?
 L’énergie est factuée en kW.h : que représente cette unité ?
+
R1
G
R2