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BACCALAUREAT PROFESSIONNEL SEN THEORIE LA FONTAINE DES EAUX E.LUCIEN : SEN Elec

BACCALAUREAT PROFESSIONNEL SEN THEORIE LA FONTAINE DES EAUX E.LUCIEN : SEN Electrodomestique Page 1 sur 66 LA DIFFERENCE DE POTENTIEL 1. DEFINITIONS 1.1. Circuit électrique Les circuits électriques qui vous sont familiers comprennent principalement, un générateur d'énergie (parfois appelé dipôle actif) et un récepteur d'énergie (parfois appelé dipôle passif) reliés par des conducteurs. 1.1.1. Dipôle Un dipôle est un élément possédant ,chacun pouvant avoir un potentiel. Le potentiel de chacun des pôles est référencé par rapport à un point 0 appelé généralement la masse. 1.1.2. Générateur d'énergie ou dipôle actif Un générateur d'énergie est un dipôle de l'énergie à un dipôle récepteur d'énergie. Ces générateurs peuvent être des batteries, des piles, le secteur EDF, des alimentations dites régulées ou des générateurs de fonctions... Le générateur a deux pôles qui ne sont pas électriquement identiques. 1.1.3. Récepteur d'énergie ou dipôle passif Un récepteur d'énergie est un dipôle absorbant de l'énergie dont une partie se dissipe sous forme de chaleur (effet calorifique). Ce dégagement de chaleur est parfois accompagné d'un effet mécanique ou chimique suivant la fonction remplie par le récepteur. Ces récepteurs peuvent être des éléments résistifs, diode, moteur … 1.2. Différence de potentiel On appelle différence de potentiel aux bornes d'un dipôle, la différence entre le potentiel d'une borne du dipôle et le potentiel de l'autre borne du dipôle. Elle est l'une des caractéristiques du générateur d'énergie. La différence de potentiel s'exprime en volt dont le symbole est V. On la note dans les expressions littérales par des lettres qui indiquent les bornes du dipôles, et sur un schéma par une flèche. On remarquera sur le schéma ci-dessous que l'on peut définir deux différences de potentiel aux bornes d'un dipôle. dipôle D V - V A A B B dipôle D V - V A A B B Remarque : le dipôle D peut être un générateur ou un récepteur d'énergie. E.LUCIEN : SEN Electrodomestique Page 2 sur 66 ETUDE D'UNE DIFFERENCE DE POTENTIEL CONTINUE Ce signal sera fourni par une Alimentation Régulée (A.R.) On vous demande de - Fixer la tension de l’A.R. à 6 volts à l’aide du voltmètre intégré dans l’A.R. (numérique ou analogique), - Contrôler cette tension à l’aide du multimètre numérique MX579 et l’ajuster si besoin, - Initialiser la trace de l’oscilloscope en plaçant le sélecteur de couplage d’entrée sur GD, - Appliquer le signal sur la voie A (CH I) de l’oscilloscope en plaçant le sélecteur de couplage d’entrée sur DC (ou =), - Observer le signal et relever son oscillogramme puis son chronogramme. - Quelle est la relation ( ) t U : = U - Placer le sélecteur de couplage d’entrée sur AC, que constatez-vous ? Remarque : Pour observer un signal continu à l’oscilloscope le coupleur d’entrée trois positions doit être placé sur : Conclusion : Une D.D.P. Continue conserve la même valeur à toutes les dates. Cette valeur est la valeur moyenne du signal ; elle sera notée U. C’est aussi parce que cette valeur moyenne est constante que nous parlerons de tension continue. E.LUCIEN : SEN Electrodomestique Page 3 sur 66 0 1 2 U(V) t(ms) ETUDE D'UNE DIFFERENCE DE POTENTIEL SINUSOÏDALE 1. RELATION DE DEFINITION Afin d'obtenir une différence de potentiel sinusoïdale aux bornes d'un générateur de fonction, il convient de régler d'une part la forme d'onde. D'autre part, le signal est caractérisé par sa valeur maximale et sa périodicité à reprendre les mêmes valeurs. Ces trois éléments se retrouvent au niveau de la relation de définition ci-dessous : ( ) ( ) t f U U EM EM × × Π × × = 2 sin max 1.1. La forme d'onde Elle apparaît par la fonction sinus : sin Les propriétés de la fonction sinus sont que le ( ) x sin varie entre (+1) et (-1) de façon périodique et que x représente toujours un angle c’est à dire une grandeur variant entre 0 et Π 2 radian. 1.2. La valeur maximale Elle apparaît par le terme (UEM)max ; cette valeur est appelée également l'amplitude du signal ; elle est obtenue lorsque le sinus est maximum et égal à 1. C’est un nombre sans signe. 1.3. La périodicité Elle apparaît par le terme f qui représente la fréquence du signal. Qu'est ce que la fréquence ? Qu'est ce que la période ? Une relation lie ces deux grandeurs : T f 1 = ou f T 1 = 2. PHASE EXPERIMENTALE 2.1. Citer les appareils nécessaires à cette expérimentation 2.2. Dessiner le schéma du circuit expérimental E.LUCIEN : SEN Electrodomestique Page 4 sur 66 C'est le nombre de périodes par seconde. C’est une grandeur mesurable. Elle est exprimée en hertz (Hz). Un signal est périodique s’il se répète identique à lui même au cours d’intervalles de temps successifs de même durée T. Elle est exprimé en seconde (s). L'objectif est d'observer une différence de potentiel sinusoïdale, d'amplitude 4 volts et de fréquence 1000Hz: 2.3. Au niveau du générateur d’énergie : 2.3.1. Comment allez-vous régler la forme du signal ? 2.3.2. Comment allez vous régler la fréquence du signal ? 2.3.3. Comment allez vous régler l'amplitude du signal ? 2.4. Au niveau du récepteur d’énergie : 2.4.1. Donner alors les valeurs des calibres de l'appareil de mesures et la position du couplage d’entrée, puis relever l’oscillogramme de ( ) t U 2.5. Quel est le nom de cette courbe ? 2.6. Ecrire la relation ( ) t U ( ) = t U 2.7. Quelle est l’amplitude de ( ) t U = = max U U  2.8. Quelle est la fréquence de ( ) t U = f 2.9. Compléter le tableau suivant en relevant les valeur de ( ) t U sur l’oscilloscope ( ) ms t 0 0,25 0,5 0,6 1 1,1 1,65 E.LUCIEN : SEN Electrodomestique Page 5 sur 66 ( ) V U 2.10. Calculer en utilisant la relation mathématique de ( ) t U et en vous servant de votre calculatrice les valeurs de U aux mêmes dates que précédemment (3 chiffres significatifs). ( ) ms t 0 0,25 0,5 0,6 1 1,1 1,65 ( ) V U 2.11. Comparer les valeurs des deux tableaux : 2.12. Mesurer en utilisant le multimètre numérique MX579 sur fonction V≈ la valeur de la D.D.P. aux bornes du G.F. = = eff U U 2.12.1. A quoi correspond cette valeur ? Il Il existe une relation entre la valeur efficace et l'amplitude du signal qui est : 2 max U U eff = ou 2 max × = eff U U E.LUCIEN : SEN Electrodomestique Page 6 sur 66 Cette valeur est appelée la valeur efficace du signal. Elle correspond à une grandeur qui si elle était continue produirait les mêmes effets de dégagement de chaleur au niveau du composant. Voici la démarche pour rentrer la formule sur la calculatrice : 1 - Calcul de l'angle : t f x ⋅ ⋅ Π = 2 2 - Calcul du sinus de l'angle: ( ) x sin en mode radian 3 - Fin du calcul de ( ) t U : ( ) x U sin ×  3. TRAVAIL PERSONNEL Pour ce travail, vous devrez justifier toutes les réponses apportées. 3.1. Etude à partir de la relation Soit une différence de potentiel ( ) ( ) t t U AM ⋅ Π ⋅ × = 4000 sin 2 en volt 3.1.1. Quelle est la valeur de l'amplitude du signal ? 3.1.2. Quelle est la valeur de la fréquence du signal ? puis de la période ? 3.1.3. Effectuer le calcul de UAM pour t égal à 0µs, 62.5µs, 125µs et 187.5µs. 3.1.4. Déterminer alors par déduction et sans calcul les valeurs de UAM pour t égal à 250µs, 312.5 µs, 375 µs, 500µs et 750µs. Expliquer votre démarche. 3.1.5. Tracer le chronogramme de UAM sur une durée de deux périodes. 3.2. Étude à partir d'une représentation graphique Soit la représentation graphique ci-dessous : 0 1 U EM en volt t calibre temps par division : 25 ms 3.2.1. Déterminer la valeur de l'amplitude de la différence de potentiel UEM 3.2.2. Déterminer la valeur de la période du signal 3.2.3. En déduire la valeur de la fréquence du signal 3.2.4. Ecrire la relation mathématique qui lie la différence de potentiel UEM à t. 3.3. Etude d'une différence de potentiel composite La représentation graphique de la relation qui lie la date t à la différence des potentiels des bornes S et M est la suivante : 0 15 U SMen mv t en ms 5 3.3.1. Quelle est la valeur USM entre les dates 0 et 20ms ? 3.3.2. A quelles dates USM passe de sa valeur maximale à sa valeur minimale ? 3.3.3. Pourquoi cette différence de potentiel est-elle périodique ? 3.3.4. Déterminer la valeur de la période et de la fréquence de USM. EXERCICES AVEC AUTOCORRECTION E.LUCIEN : SEN Electrodomestique Page 7 sur 66 Exercice I u est une d.d.p. alternative sinusoïdale :  d’amplitude mV Û 600 = et de période ms uploads/s3/ th-orie-sen.pdf