Apprendre comme on aime

Tension alternative
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Exercices

1/ Une tension variable ne reste pas constante au cours du temps. Une tension alternative prendra des valeurs positives et négatives.

Comprendre

types de tensionsignaux oscillo variables et continu

Une pile délivrera une tension continue (par exemple 1,5V) qui ne variera pas au cours du temps. Les tensions variables changent de valeurs à mesure que le temps passe, elles n'ont donc pas une valeur fixe. Certaines tensions variables sont alternatives: elles alternent entre des valeurs positives et des valeurs négatives.
La différence entre une tension positive et négative est juste le sens de circulation des électrons. Les électrons circulent toujours de la borne négative à la borne positive. Quand les bornes changent de signes, les électrons changent de sens.
Le courant alternatif équipe nos foyers depuis qu’on a constaté que changer sa tension était très facile grâce à un transformateur (alors que le courant continu est plus délicat à manipuler) et que faire voyager l’électricité dans des lignes à haute tension diminuait énormément les pertes d’énergie.

Voyage en électricité:Courant alternatif,induction et fréquence

Un générateur de courant alternatif est reconnaissable à son signe ~. Ses bornes vont changer de signe en permanence, ce qui signifie que les électrons vont aller dans un sens puis dans l'autre. Le sens du courant électrique fera de même, étant donné qu'il est provoqué par ce mouvement d'électrons.


Il est possible qu'une tension soit variable sans qu'elle soit alternative si elle est toujours positive (ou négative)

1/ Exercices

Connaître

1/ Vrai ou faux ?
(2 mn)

Une tension alternative peut être positive, négative ou nulle.

Vrai.

Une tension continue peut être alternative.

Faux. Une tension continue ne change jamais de valeur (une pile par exemple, délivre toujours 1,5V) et ne peut donc pas avoir des valeurs positives et négatives.

Comprendre

1/ L’alternance ou la constance?
(3 mn)

Qu’est-ce qu’une tension alternative ?

C’est une tension tantôt positive, tantôt négative, cela va faire que les électrons vont aller tantôt dans un sens, tantôt dans un autre.

Une tension alternative est-elle toujours variable ?

Une tension variable est une tension qui change de valeur au cours du temps, qui n’est pas constante ; donc une tension alternative fait partie des tensions variables. Une tension variable n’est par contre pas forcément alternative.

Pourquoi utilise-t-on une tension alternative dans nos maisons ?

Parce qu’il est beaucoup plus facile de changer la valeur de la tension d’une tension alternative que d’une tension continue. Le transformateur est un appareil très efficace servant à opérer ces changements de tension.

Appliquer

1/ Réaliser un détecteur de fréquenceImageMatériel et protocole 
(10 mn)
1 résistance de 100Ohms (la résistance sert à consommer un peu d’énergie afin d’éviter de court-circuiter le générateur)
1 Générateur Très Basse Fréquence réglé sur 1Hz.
Deux diodes de couleur différentes.
5fils électriques

Pierre propose de réaliser le circuit ci-contre pour montrer que le courant alternatif circule successivement dans les deux sens.

A quelle condition une diode laisse-t-elle passer le courant ?

Que le courant circule dans le sens de sa flèche, sinon elle le bloque

Que va observer Pierre ?

Les deux diodes s’allument et s’éteignent à même temps.

Quelle modification doit envisager Pierre pour mettre en évidence le double sens de circulation du courant ?

Il devra changer une des diode de sens afin qu’elle s’éclaire quand le courant va dans l’autre sens.

2/ Les valeurs maximales d'une tension variable seront les valeurs les plus hautes et les plus basses que prendront la tension.

Comprendre

Animation :une tension sinusoïdale modifiable à volontéOscilloscope
Oscilloscope:
appareil permettant d'afficher une tension électrique en fonction du temps

La tension maximale sera notée Umax et la tension minimale Umin, ces valeurs peuvent être négatives, positives ou nulles.
Il est utile de connaitre les valeurs maximales et minimales d'un signal car certains composants électriques ne supportent pas des tensions trop hautes ou trop basses.Sur un oscilloscope et sur la plupart des représentations, la tension est indiqué sur l'axe vertical(ordonnées).

Appliquer

oscilloscope et mesure
Représentation de la tension

L’oscilloscope permet de visualiser sur un écran la tension au cours du temps tandis que le voltmètre ne peut donner qu’une valeur chiffrée à la fois. Les carreaux de l’oscilloscope sont aussi appelés divisions.
La diode est un composant électrique de plus en plus utilisé (surtout la diode électroluminescente, LED).Elle peut briller si le courant arrive du bon côté mais elle le bloque s'il arrive du côté schématisé par une barre(ou par le côté plat en réalité). On considérera que si les électrons vont dans un sens, le signe de la tension sera positif et que si les électrons vont dans l'autre sens, son signe sera négatif.
Pour savoir comment varie la tension, on trace habituellement un graphique ayant pour abscisses le temps et pour ordonnées la tension.

Mesurer une tension

Un oscilloscope affichera la valeur de la tension sur son axe vertical. Pour mesurer la tension maximale:
il faudra compter le nombre de carreaux entre le point le plus haut de la courbe et le zéro (la ligne centrale si le zéro a été correctement réglé).
On aura besoin de connaître le calibre de l'appareil, c'est-à-dire la valeur de la tension qui correspond à un carreau (qu'on appelle aussi division). Par exemple: 5V/div signifiera qu'un carreau représente 5 V
On devra multiplier ces deux valeurs exemple: 3 divisions x 5 V/div = 15V

Parfois la tension est plus petite qu'un volt, on utilise alors des multiples du volt:
le millivolt (mV)= > 1V = 1 000 mV
le microvolt (µV) = > 1V = 1 000 000 µV

Tension crête-à-crête et amplitude

La tension crête-à-crête est la tension de point le plus haut au point le plus bas de la courbe. On peut donc la calculer en posant Ucc = Umax - Umin
L’amplitude d’un signal est la valeur signifiant la valeur maximale de la tension par rapport à sa moyenne. On peut aussi la calculer en prenant la moitié de la tension crête-à-crête

2/ Exercices

Comprendre

2/ Quelle est la forme du courant dans les prises ?AnimationMatériel et protocole 
(10 mn)
Générateur Très Basse Fréquence réglé sur 0,010Hz en position sinusoïdale(~)
Voltmètre en position tension continue(=)
Papier millimétré
2 Fils électriques

Faites un tableau où vous relèverez les valeurs de la tension toutes les 10 secondes pendant 3minutes. Tracez le graphique correspondant de la tension en fonction du temps.

Quelle est la valeur maximale de la tension ?

C'est la tension du point le plus haut de la courbe

Quelle est la valeur minimale ?

C'est la tension du point le plus bas de la courbe

Tous les combien de temps la courbe se répète-t-elle égale à elle-même ?

C'est le temps entre deux maximums ou deux minimums, il faut mesurer le temps sur l'axe horizontal, on appelle ce temps la période.

2/ Caractériser un signalImage
(3 mn)
signal tension en fonction du temps

Quelle est la valeur max de ce signal ?

Umax=1,5V

Quelle est la valeur minimale de ce signal ?

Umin=-1,5V

Quelle est la tension crête-à-crête?

|Umax-Umin|= 3V

Quelle est l'amplitude?

3V / 2 = 1,5V

2/ Vrai ou faux ?Corriger si besoin
(3 mn)

L'amplitude et la valeur maximale (Umax) sont une seule et même chose.

Faux. La valeur maximum est la tension la plus haute d'un signal, l'amplitude est la différence entre la valeur maximum et la valeur minimum.

L'amplitude est parfois appelée tension crête-à-crête.

Faux, la tension crête-à-crête représente l'écart de tension entre la crête la plus haute (Umax) et la crête la plus basse (Umin).
L'amplitude est la moitié de la tension crête-à-crête

3/ Une tension périodique est une tension qui est constituée d'un motif (signal)qui se répète au cours d'un certain temps.

Comprendre

signal sinusoïdal tension en fonction du temps

Ce temps mis pour parcourir un motif est appelé période et est symbolisé par T. Il s'exprime en secondes.On peut reconnaître un signal périodique à son signal répétitif, en effet il est constitué d’un même motif qui se reproduit au cours du temps.
On pourra écrire pour définir la période d'un signal qui se répète toutes les deux secondes: T=2s. Plus la période est grande, moins le signal se répète souvent.

Sur un oscilloscope et sur la plupart des représentations, le temps est indiqué sur l'axe horizontal(abscisses).
La forme sinusoïdale désigne la forme que l'on trouve si l'on trace la fonction sinus, f(x)= sin(x).

Appliquer

Mesurer une période

Un oscilloscope affichera la valeur de la tension sur son axe horizontal. Pour mesurer la période:
il faudra compter le nombre de carreaux entre deux maximums (ou deux minimums)
On aura besoin de connaître le calibre de l'appareil, c'est-à-dire la valeur de temps qui correspond à un carreau (qu'on appelle aussi division). Par exemple: 1ms/div signifiera qu'un carreau représente 1 ms.
On devra multiplier ces deux valeurs exemple: 4 divisions x 1 ms/div = 4 ms

Les phénomènes électriques étant souvent très rapides, on doit utiliser des sous-multiples de la seconde dans la plupart des cas.
la milliseconde(ms)= > 1s = 1 000 ms => 1ms = 10-3 s
la microseconde (µs) = > 1s = 1 000 000 µs => 1µs = 10-6 s
la nanoseconde (ns) = > 1s = 1 000 000 000 ns => 1ns = 10-9 s

3/ Exercices

Comprendre

3/ Round d’observationImage
(5 mn)
signaux tension différents

Caractériser les signaux grâce aux mots suivants :continu,variable,alternatif,périodique,sinusoïdal

La courbe 1 est constante(tension continue).
La courbe 2 est alternative donc variable, sinusoïdale donc périodique.
La 3 est variable et périodique(elle n'est pas alternative car n'a pas de valeurs négatives).
La 4 est sinusoïdale donc périodique et variable mais elle est seulement positive donc elle n'est pas alternative.

3/ Mots disparus
(5 mn)

Une tension continue est ………….. au cours du temps.

constante

Les bornes d’un générateur de tension continue ne changent pas de ...........

signe

une tension ………………est variable au cours du temps.

alternative

une tension alternative prend des valeurs …………………………………..

tantôt positives tantôt négatives

la valeur…………………….. d’une tension alternative est la plus grande valeur de cette tension.

Maximale

La période d’une tension alternative sinusoïdale s’exprime en…………...

secondes

3/ Quelle est la bonne réponse ?
(1 mn)

Toute tension périodique :
a) est positive et négative
b) Est continue
c) Subit des variations qui se répètent

Subit des variations qui se répètent

La mesure d’une durée à l’aide d’un oscilloscope :
a) Est impossible pour une tension périodique
b) Est possible en utilisant l’axe vertical
c) Est possible en utilisant l’axe horizontal

Le temps est représenté sur un oscilloscope par l’axe horizontal.

Appliquer

3/ ElectrocardiogrammeImage 
(7 mn)
électrocardiogramme battement coeur

Le coeur est le siège de phénomènes électriques : la tension entre deux points du muscle cardiaque varie en permanence.
Lorsqu’on étudie les variations de tension entre deux électrodes placées sur le corps humain, on peut déceler d’éventuelles anomalies de fonctionnement du coeur.
L’électrocardiogramme est constitué d'une courbe représentant les variations de tension dans le temps. La partie P de la courbe traduit l’excitation des oreillettes.
L’intervalle PQ correspond à l’intervalle de temps séparant la fin de l’excitation des deux oreillettes du début de l’excitation des ventricules.
La partie QRS correspond à l’excitation simultanée des deux ventricules.
La partie T prépare les ventricules à une nouvelle contraction.

Indique l'excitation des oreillettes et des ventricules sur le diagramme.

A placer respectivement en P et en QRS.

A quoi servent les électrodes placées sur le corps lors d’un électrocardiogramme ?

A mesurer la tension qui arrive aux muscles cardiaques

Déterminez sur l’enregistrement la durée de l’excitation des ventricules.

Les ventricules sont excités pendant 0,1s

Déterminez le pouls, c'est-à-dire le nombre de battements du coeur par minute.

Le signal se reproduit tous les 9,5 carreaux*0,1s/carreau)=0,95s. Il y a donc 1 battement toutes les 0,95s =>1bat/0,95s On veut savoir combien de battements par minute cela fait ( nombre bat/1mn= nombre bat /60s)
1/0,95= nombre bat /60 donc nombre bat=60/0.95=63 bat/mn

Justifier s’il s’agit d’une tension continue ou variable .

La tension n’est jamais la même, c’est donc un courant variable

Justifiez s’il est périodique.

Le même motif se reproduit à intervalle de temps régulier, la tension est donc périodique

3/ GTBFImage 
(7 mn)
oscilloscope tension GTBF

Ce document est l’enregistrement sur un oscilloscope d’une tension délivrée par un GTBF. Que représentent les grandeurs portées :

En ordonnées ?

la tension

En abscisses ?

le temps

Quelle est la nature de la tension délivrée par ce générateur ? (donne des adjectifs pour la décrire)

La tension est alternative, périodique et sinusoïdale

Détermine

Sa valeur minimale

Umin=- 1.5 V

L’amplitude de cette tension

|Umax-Umin| /2 = 1,5 V

Sa période

T=2ms

Analyse

3/ Signal sinusoïdal
(7 mn)

Une tension alternative sinusoïdale a une période de 50 ms. Sa valeur maximale vaut 6 V et son amplitude 12V

Représentez deux motifs élémentaires de cette tension en utilisant les échelles suivantes :
- verticalement : 1 cm représente 2 V
- horizontalement : 1 cm représente 10 ms.

Elle mesurera 6cm de haut et une période sera représentée horizontalement sur 5cm.

4/ Un alternateur produit une tension alternative.

Comprendre

mouvement des électrons quand on bouge un aimant

Un alternateur ressemble beaucoup à une dynamo de bicyclette, il transforme un mouvement en électricité et est massivement utilisé dans les centrales électriques.
Un alternateur produit une tension qui sera successivement positive et négative. C'est à dire que les électrons vont partir dans un sens puis dans un autre. Si le mouvement actionnant l'alternateur est régulier, il produira un signal alternatif, périodique et sinusoïdal(de la forme de la courbe mathématique sinus).
Un alternateur est composé de bobines de cuivre(enroulement de fils) disposées autour d’un aimant qui va être entraîné par le mouvement que l’on donne à l’alternateur. En tournant, cet aimant va faire bouger les électrons dans un sens et dans l’autre, créant un courant électrique.

4/ Exercices

Comprendre

4/ Les différentes versions de l'alternateur
(7 mn)
Visite cette animation et réponds aux questions du qcm.
4/ Alternateur vs pile
(1 mn)

Recopie les phrases en choisissant les bonnes propositions

La tension délivrée par une pile est variable/continue.

Elle est continue car elle ne change pas au cours du temps.

Un voltmètre en mode continu aux bornes d'un alternateur montre que la tension change/ne change pas.

Un alternateur va délivrer un tension alternative, elle va donc varier dans le temps et prendre des valeurs positives et négatives.

La tension délivrée par un alternateur change/ne change pas de signe

Cette tension est alternative donc elle change de signe régulièrement.

4/ Production d'un alternateur?Image
(1 mn)
signaux tension différents

Trouve lequel de ces signaux peut être produit par un alternateur et justifie ta réponse.

C'est le signal 2 car c'est le seul qui soit alternatif

Appliquer

4/ Eolienne
(1 mn)

Quel est le rôle de l'alternateur dans une éolienne?

Il transforme l'énergie mécanique (le mouvement) donné par le vent en énergie électrique.

Délivre-t-il une tension continue ou variable?

Il délivre une tension alternative, c'est donc une tension variable.

5/ La fréquence est le nombre de motifs (de signaux) par seconde.

Comprendre

tension alternative max min amplitude

Plus un signal se répète rapidement, plus sa période est petite mais plus sa fréquence sera grande. On voit que la période et la fréquence sont l'inverse l'une de l'autre, si l'une augmente, l'autre diminue. On peut calculer la fréquence en sachant que c'est l'inverse de la période.f=1/T.Si un signal a une période de 0,05s sa fréquence sera de 1/0,05 = 20 Hz
Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894) a découvert les ondes radio, à l’origine des télétransmissions actuelles(téléphones mobiles, GPS…). On a donné son nom à la fréquence en hommage à ses travaux.La fréquence s'exprime en Hertz (Hz).

Appliquer

Multiples du Hertz

Attention, pour calculer la fréquence la période doit toujours être exprimée en seconde sinon notre résultat sera exprimé dans un des sous multiples des Hertz(kiloHertz, MegaHertz…). Voici les principaux multiples des Hertz:
kiloHertz : kHz => 1 kHz = 1 000 Hz = 103 Hz
MégaHertz : MHz => 1 MHz = 1 000 000 Hz = 106 Hz (attention, M majuscule, à ne pas confondre avec le m minuscule de milli)
GigaHertz : GHz => 1 GHz = 1 000 000 000 Hz = 109 Hz

5/ Exercices

Connaître

5/ La PUISSANCE de dix 
(2 mn)->Calcul /5

Calcule la fréquence des signaux périodiques dont les périodes sont indiquées ci-dessous.

0,25s

f=1/T=1/0,25=4Hz

0,05s

f=1/T=1/0,05=20Hz

8.10-3s

f=1/T=(1/ 8) x103=125Hz

40microsecondes

f=1/T=1/40.10-6=0,025.106=2,5.104=25 000Hz=25kHz

5/ Au plaisir de la bonne unité
(1 mn)->Grandeurs et unités /4

Exprime les valeurs suivantes en choisissant le multiple le plus adapté (celui comportant un entier le plus petit possible et sans virgule).

32.103Hz

32kHz

0,43s

430ms

2 500 000Hz

2,5MHz

5/ Devoir de mémoire
(1 mn)

Donner la formule entre la fréquence (f) et la période (T) :

f=1/T

Comprendre

5/ Quelle est la bonne réponse ?
(3 mn)

Si la période d’un phénomène périodique est de 50ms, sa fréquence est de
a) 50Hz b)50mHz c)20Hz

f=1/T=1/0,05s=20Hz (pour le calcul, la période doit toujours être exprimée en secondes)

Si la fréquence d’un phénomène périodique est de 400Hz, sa période est de :
a)2,5s b)0,0025s c)2,5.10-3s

0,0025s=2,5.10-3s donc les réponses b et c

5/ Unités du Système International
(1 mn)->Grandeurs et unités /3

Le Système International (SI) regroupe les unités utilisées pour décrire les grandeurs utiles à la description du monde. Ces unités sont indispensables pour pouvoir faire des relations entre les grandeurs. Donc, lors des calculs, on utilisera les unités du SI et non leurs sous multiples.
Les puissances de 10 peuvent servir à simplifier considérablement les calculs. Convertis ces valeurs en puissance de 10 de l’unité SI.

200Hz(une onde radio)

2.102Hz

0,5Hz

5.10-1Hz

1kHz

.103Hz

40kHz

4.104Hz

300MHz (une micro-onde)

3.108Hz

5/ Quelle unité pour cette grandeur?
(1 mn)->Grandeurs et unités /2

Donner les unités des grandeurs suivantes dans le système international :

La période T se mesure en….. ...

...seconde

La fréquence f se mesure en….......

...Hertz

Appliquer

5/ Et si on pouvait voir les électrons? Animation 
(10 mn)
Suis ce lien et clique sur "kit de contruction de circuit".
5/ Tachychardie DIImage 
(45 mn)
Electrocardiogramme tachychardie
On répartit les élèves en 3 groupes qui auront à charge d'étudier les documents 1,2 et 3, chaque élève ayant un document et devant en faire la synthèse. Au bout de 20 minutes, on répartit les élèves au sein d'un groupe de 3 qui contient un membre de chaque groupe initial (avec son document).
1)Tachycardie

En période de stress intense, les glandes surrénales sécrètent des substances qui augmentent le rythme cardiaque. Mais l’accélération du cœur est parfois due à l’existence d’un circuit électrique anormal situé à la jonction entre les oreillettes et les ventricules du cœur, cela provoque un rythme cardiaque très élevé qu’on appelle tachychardie.
Le rythme cardiaque normal oscille normalement autour de 1Hertz pour un adulte et dépend de facteurs multiples, le plus souvent sans rapport avec une maladie cardiaque : effort physique, anxiété, fièvre, prise de boissons alcoolisées, ...
Plus les animaux sont gros, plus leur coeur bat lentement. L'homme ne fait pas exception à la règle. La tachychardie variera selon l'âge :
Nourrisson (jusqu'à 1 an) : >3Hz
Petit Enfant (2-5 ans)  : >2,3Hz
Grand Enfant (6-12 ans): >2,15Hz
Adolescent (13-17 ans ): >1,83 Hz
Adulte>1,7 Hz

2)Muscle cardiaque

Le cœur est un muscle et comme les autres muscles, il faut lui envoyer un signal pour qu'il se contracte. Le nœud sinusal est un ensemble de cellules situé dans la paroi supérieure de l'oreillette droite du cœur qui commande le rythme cardiaque normal.
Les impulsions se font sous formes de petites impulsions électriques que l'on est capable de mesurer grâce à une électrode. Une électrode est en effet capable de capter une différence de potentiel sous la peau. Si l’on ajoute un circuit électronique, on peut facilement détecter les maximums que prendra la tension.
Le cœur est un muscle comme les autres, il réagit selon la sollicitation de l’entraînement en modifiant sa morphologie et son rythme, il peut  augmenter de volume et abaisser son rythme cardiaque, permettant à un sportif de se fatiguer moins lors de l’effort. Cette hypertrophie (augmentation de la taille) du muscle cardiaque est reconnue depuis longue date chez les sportifs et leur permet d’avoir un cœur qui bat moins vite tout en distribuant autant de sang.
On pourra considérer un cœur sportif s’il a une fréquence inférieure à 1,1Hz.

3)Période et fréquence

On utilise souvent un oscillogramme qui représente la tension en fonction du temps (le temps étant représenté en abscisses et la tension en ordonnées). Lorsqu'un signal se reproduit à intervalle de temps réguliers, on dit qu'il est périodique. La partie qui se reproduit identique à elle-même s'appelle le motif ou motif élémentaire.
La période (T) est le temps que dure un motif.
La fréquence (f) est le nombre de répétitions par seconde.
Plus un signal se répète rapidement, plus le temps d'un motif sera court La fréquence augmente donc quand la période diminue La fréquence est l'inverse de la période T = 1/f Si on a un signal sur un oscillogramme dont on veut connaître la fréquence, on commence par mesurer sa période, on l'exprime en seconde et on calcule sa fréquence grâce à la formule f=1/T

Synthèse: Bracelet connecté
Vous êtes un groupe de commerciaux techniques et vous désirez qu’un journal de vulgarisation scientifique publie un article vantant les mérites des bracelets connectés. Vous avez déjà prévu un titre à l’article.

Comment un bracelet connecté peut-il détecter la tachycardie ou un cœur sportif?

Le bracelet mesurera la période grâce un capteur électrique ()une électrode). Il va compter combien de battements il y a en quelques secondes et en déduire la période. En faisant l'inverse de la période, il trouvera la fréquence et pourra la comparer aux fréquences de la tachychardie(>1,7 Hz) ou d'un coeur sportif(inférieur à 1,1 Hz).

Vos explications contiendront un ou plusieurs paragraphes explicatifs, un diagramme de fonctionnement de votre bracelet connecté et un électrocardiogramme d’exemple.
5/ Accords et notes 
(15 mn)

On a relevé sur Audacity l'enregistrement d'un jeune pianiste. Chacune des pistes (lignes) correspond à une touche de son piano.(Le télécharger)

Quelle est le nom de la chanson interprétée ?

Pour chaque piste, relève la période et calcule la fréquence.

Déduis-en la note interprétée.

On sait que certaines notes sonnent bien ensemble, c'est ce qu'on appelle un accord. Dans un accord majeur (le plus courant), la note la plus grave sera appelée la tonique, elle sera accompagné de sa tierce 4 demi-tons au-dessus et de sa quinte, 7 demi-tons au dessus.
On veut faire un accord de Do à la guitare, Do sera donc la tonique.

Quelle est la note correspondant à sa tierce?Donne sa fréquence.

Quelle est la note correspondant à sa quinte ?Donne sa fréquence.

Crée cet accord sur Audacity sur trois pistes différentes pour vérifier qu'il sonne bien. (Utiliser l'outil Générer->Son et rentrer la fréquence voule).

5/ L'effort fait les fortsImage 
(8 mn)
fréquence et effort

Lors d’un test d’effort, on a relevé les pulsations cardiaques d’un cœur durant 3 phases différentes :
Au repos avant l’effort (phase A), pendant l’effort (phase B) ; en période de récupération (phase C).
Ces enregistrements sont représentés sur le document ci-dessous avec les mêmes échelles sur les deux axes.

Classer par ordre de fréquence cardiaque croissante les trois phases du test à l’effort (A, B et C).

Phase B > Phase C > Phase A

Attribuer chaque enregistrement à une phase de test en justifiant la réponse.

Phase A : elle correspond à l’enregistrement 1. Le patient est au repos. En conséquence sa fréquence cardiaque est la plus faible et sa période la plus grande
- Phase B : elle correspond à l’enregistrement 3. Le patient produit un effort physique. En conséquence sa fréquence cardiaque est la plus élevée et sa période la plus faible
- Phase C : elle correspond à l’enregistrement 2. Le patient récupère de l’effort physique. En conséquence sa fréquence cardiaque est intermédiaire ainsi que sa période .

Analyse

5/ La fréquence en musiqueAnimation 
(15 mn)
5/ Signal sinusoïdalImage 
(7 mn)
signal sinusoïdal

Ci-contre est représenté l’oscillogramme d’une tension

Sachant que la base de temps est 2 ms/div, calculez la période T et la fréquence f de cette tension.

T=4 div *2ms/div= 8ms donc la fréquence est de 1/0,008s=125Hz

Sachant que la sensibilité verticale est de 5 V/div, calculer la valeur maximale Umax de cette tension

2,5div*5V/div=12,5V//

Calculez la valeur efficace Ueff de cette tension.

Etant donné que la tension est sinusoïdale, on peut connaitre sa valeur efficace en divisant Umaxpar 1,414, ce qui nous donne 8,84V.

5/ Le pouls et la fréquence cardiaqueAnimation 
(10 mn)
5/ Une note qui en dit long Image 
(5 mn)
Enregistrement d'un son de piano

On cherche à savoir si un piano est bien accordé. Pour cela, on utilise un micro branché à un oscilloscope. L'oscilloscope permet ici de visualiser la tension aux bornes du micro. Les réglages de l'oscilloscope sont les suivant :
- X : 0,5 ms / DIV
- Y : 2 V / DIV
Pour que le piano soit bien accordé, il faut que la fréquence aux bornes du micro soit de 440 Hz.

Donne la tension crête-à-crête

Ucrête-à-crête = 22V

Mesure la période et calcule la fréquence.

La mesure de la période donne environ 3,2carreaux, ce qui donne 3,2div*0,5ms/div=1,6ms T=1,6ms=0,0016s ce qui nous donne une fréquence de f=1/T=62,5Hz.

Indique si le piano est bien accordé ou non en justifiant ta réponse.

Le piano est très mal accordé ou l'on s'est trompé de note. quand on a appuyé sur la touche du piano

6/ La valeur efficace d'un courant alternatif est la valeur pour laquelle sa tension aura la même "efficacité" qu'un courant continu.

Comprendre

Signal sinusoïdal modulable PCCL

Un courant alternatif oscillera entre des grandes valeurs (qu'elles soient positives ou négatives) et des valeurs plus petites voire nulles. Quand la tension est nulle, elle ne sert à rien, elle n'est absolument pas efficace.
La valeur efficace est donc une moyenne de l'efficacité de la tension, on la calcule grâce à un outil mathématique: l'intégrale.C'est ce qu'indiquera un voltmètre branché en alternatif. La tension efficace d'une tension sinusoïdale se calcule en divisant sa valeur maximale par √2 = 1,414

Ueff = Umax/√2

6/ Exercices

Comprendre

6/ Efficacité d'une tension
(1 mn)

Quelle est la tension efficace(Ueff) d'un signal si Umax=100V? Si Umax=20V?

Ueff=Umax/1,414=70,7V et 14V.

Appliquer

6/ Vrai ....ou pas? 
(1 mn)

La tension efficace est toujours supérieure ou égale à la tension maximale.

La tension maximale est toujours supérieure ou égale à la tension efficace. Une tension ne peut être plus efficace que sa tension maximale.

La tension efficace d'un courant continu est inférieure à sa valeur maximale.

La tension efficace d'un courant continu est la même que sa tension maximale(ou minimale) étant donné que sa tension reste constante.

6/ Valeur efficace
(5 mn)

Donner la formule entre la valeur maximale de la tension (Umax) et la valeur efficace de le tension (Ueff) :

Ueff = Umax/1,414

La tension efficace Ueff se mesure en...

Volt

La tension maximale Umax se mesure en..

Volt

Quelle est la tension maximale du secteur dont la tension efficace est 230V ?

230V x 1,414=325V

Un générateur délivre une tension alternative sinusoïdale de fréquence égale à 50Hz. On branche aux bornes du générateur un voltmètre en mode « alternatif », la tension affichée sur l’écran du voltmètre est de 1,41V.

Comment appelle-t-on la tension affichée par le voltmètre ?

La tension mesurée avec un voltmètre en mode alternatif est la tension efficace.

Calculer la valeur maximale (Umax) de cette tension.

Ueff= 1,41V
Umax = Ueff x 1,414 =1,41 x 1,414 = 2V

7/ La tension du secteur est alternative et périodique, elle a pour fréquence 50Hz et pour tension efficace 230V.

Comprendre

Cette tension est la tension efficace, la valeur maximale de la tension du secteur étant 230 x √2 = 230 x 1,414 =325V.
Sa fréquence indique qu'elle change de sens 100 fois par seconde.
Certains pays ont choisi d'avoir une tension du secteur à 110V et 60Hz.

7/ Exercices

Comprendre

7/ Le secteur en quelques adjectifs
(3 mn)

La tension du secteur est-elle une tension continue? variable?Alternative? Périodique?

Elle est périodique et alternative (donc variable).

Quelle est la valeur de sa fréquence?

f=50Hz

Quelle est sa tension efficace?

Ueff=230V

Quelle est sa tension maximale?

Umax=230*1,414=325V

Appliquer

7/ OscilloscopieImage 
(35 mn)
signal oscilloscope signal oscilloscope

M - Et voilà ! J'ai encore marché sur mon chargeur ! Vu qu'il est en deux parties, il est inutilisable ! 
K -Et il est 21h...
M-Oui, il est trop tard pour en racheter un autre, je vais voir si il fonctionne encore...

Les deux parties du chargeur moribond sont reliées par deux petits fils à moitié dénudés par le choc. Mathilda part aussitôt chercher son vieil oscilloscope et en revenant, elle le branche rapidement aux bornes des fils rouge et noirs. Elle obtient ce signal et te demande de confirmer ses conclusions.

Quelle est la période de ce signal ?

On mesure 4 carreaux valant chacun 5 ms ce qui fait une période de T = 4 x 5ms = 20ms

Comment calculer la fréquence grâce à la période ? f=1/T

Quelle est la fréquence du signal?

f= 1/0,02 = 50Hz

Quelle est la tension maximale du signal?

On mesure 1,4 carreau qui vaut 5V donc Umax = 1,4 x 5V = 7V Ueff= Umax/v2

Quelle est la tension efficace ?

On applique la formule précédente et 7/1,414 =4,9V

- Je pense que le transformateur du chargeur a juste abaissé la tension qui sort de la prise. Elle est habituellement de ….Volts et …...Hertz.

Recopie et complète la dernière phrase de Mathilda pendant qu'elle isole le fil noir avec du scotch.

Elle est habituellement de 230 Volts et 50 Hertz.

Elle branche à grand-peine les deux bornes qu'elle branche habituellement à son téléphone à l'entrée de l'oscilloscope et obtient le signal ci-contre. Elle est perplexe, elle ne sait pas si c'est le signal qui convient pour charger son téléphone.

Tu la rassures en lui expliquant que la batterie de son téléphone a besoin d'une tension de 5 V en continu et que c'est exactement ce qu'elle obtient.

Justifie que la tension est bien de 5V et est continue grâce à l'oscillogramme (sachant qu'on a gardé les mêmes réglages qu'auparavant sur l'oscilloscope).

La tension ne varie pas, elle est donc continue. De plus, elle est à un carreau du 0, ce qui correspond bien à 5V.

7/ Combien de fois une lampe s'éteint-elle par seconde? 
(3 mn)

Quelle est la fréquence de la tension du secteur?

f=50Hz

Combien de motifs élémentaires peut-on observer pendant une seconde?

50

Quelle est sa période?

T=1/f=1/50=0,02s

Combien de fois cette tension est-elle nulle au cours d'une période?

La tension passe par zéro deux fois par période

Combien de fois par seconde la tension électrique du secteur est-elle nulle?

Elle est nulle 100 fois par seconde, donc les lampes alimentées par le secteur s'éteignent 100 fois par seconde

7/ Rapports franco-brésiliens 
(2 mn)

Au Brésil, la tension du secteur est de 110V et sa fréquence est de 60Hz. Indique si les affirmations suivantes sont vraies ou fausses et justifie.

La tension du secteur du Brésil est supérieure à celle de la France.

Faux car en France, la tension du secteur est de 230V>110V.

La période d'oscillation de la tension est plus grande au Brésil.

Faux, la fréquence est plus grande au Brésil (60Hz > 50Hz) donc la période y est plus petite (1/50 >1/60).

7/ SecteurAnimation
(5 mn)

Evaluation 1

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