Étude de la Tension Efficace et Instantanée

Exercice : Tension Efficace et Instantanée

Étude de la Tension Efficace et Instantanée d'un Signal Sinusoïdal

Contexte : Le réseau électrique domestique.

Le courant électrique distribué dans nos maisons est un courant alternatif sinusoïdal. Comprendre ses caractéristiques est fondamental en électrotechnique. Cet exercice se concentre sur deux grandeurs clés : la tension instantanée u(t)La valeur de la tension à un moment précis 't'. Elle varie constamment au cours du temps., qui décrit la valeur de la tension à chaque instant, et la tension efficace UeffLa valeur qui, pour un courant alternatif, produirait le même effet thermique (dégagement de chaleur) qu'un courant continu de même valeur. C'est la valeur la plus couramment utilisée (ex: 230V en Europe)., qui représente la "valeur utile" de cette tension.

Remarque Pédagogique : Cet exercice vous apprendra à manipuler les formules de base des signaux sinusoïdaux, une compétence essentielle pour analyser n'importe quel circuit en courant alternatif.


Objectifs Pédagogiques

  • Comprendre et différencier la tension maximale, instantanée et efficace.
  • Savoir calculer la période et la pulsation d'un signal à partir de sa fréquence.
  • Appliquer les formules pour déterminer la valeur efficace et une valeur instantanée.

Données de l'étude

Cet exercice porte sur l'analyse d'un circuit électrique élémentaire, mais fondamental. Nous considérons une source de tension alternative, telle qu'une prise de courant domestique, qui délivre un signal de forme parfaitement sinusoïdale. Cette source alimente une charge simple, considérée comme purement résistive, à l'image d'un radiateur électrique ou d'une ampoule à incandescence. L'objectif est de caractériser mathématiquement et numériquement la tension aux bornes de cette charge.

Fiche Technique du Signal
Caractéristique Valeur
Forme du signal Sinusoïdal
Tension Maximale \(U_{\text{max}}\) 325 V
Fréquence (f) 50 Hz
Schéma du Circuit Simple
R u(t)

Questions à traiter

  1. Calculer la période T du signal.
  2. Calculer la pulsation (ou vitesse angulaire) \(\omega\) du signal.
  3. Donner l'expression mathématique complète de la tension instantanée u(t) (on considérera la phase à l'origine nulle).
  4. Déterminer la valeur de la tension efficace Ueff.
  5. Calculer la valeur de la tension instantanée u(t) à l'instant t = 2,5 ms.

Les bases sur les signaux sinusoïdaux

Un signal alternatif sinusoïdal est la forme d'onde la plus fondamentale en électrotechnique. Il est caractérisé par son amplitude, sa fréquence et sa phase.

1. Expression Générale et Pulsation
La tension instantanée \(u(t)\) d'un signal sinusoïdal s'écrit : \[ u(t) = U_{\text{max}} \cdot \sin(\omega t + \phi) \] Où \(\omega\) est la pulsation en rad/s, liée à la fréquence f en Hz par la relation : \[ \omega = 2\pi f \]

2. Tension Efficace (RMS)
La tension efficace est la valeur la plus importante en pratique. Pour un signal purement sinusoïdal, elle est directement liée à la tension maximale par la formule : \[ U_{\text{eff}} = \frac{U_{\text{max}}}{\sqrt{2}} \]


Correction : Étude de la Tension Efficace et Instantanée d'un Signal Sinusoïdal

Question 1 : Calculer la période T du signal.

Principe

La période (T) est la durée d'un cycle complet du signal. C'est l'inverse de la fréquence (f), qui représente le nombre de cycles par seconde. Si on connaît la fréquence, on peut directement en déduire la période.

Mini-Cours

En physique, la fréquence mesure le nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. La période, quant à elle, est la durée qui sépare deux reproductions à l'identique du phénomène. Ces deux grandeurs sont donc intrinsèquement liées par une relation inverse : plus un phénomène est fréquent, plus sa période est courte, et vice-versa.

Remarque Pédagogique

Cette première étape est fondamentale. La période est une caractéristique essentielle qui permet de se représenter temporellement le signal. Prenez l'habitude de toujours la calculer ou l'identifier avant d'analyser un signal périodique.

Normes

La fréquence des réseaux de distribution électrique est une valeur normalisée. En Europe et dans une grande partie du monde, la norme (par ex. CENELEC EN 50160) fixe cette fréquence à 50 Hz, garantissant ainsi l'interopérabilité des équipements électriques.

Formule(s)

Relation Période-Fréquence

\[ T = \frac{1}{f} \]
Hypothèses

Pour ce calcul, nous posons l'hypothèse que le signal est stable et parfaitement périodique, c'est-à-dire que sa fréquence ne varie pas dans le temps.

Donnée(s)

D'après l'énoncé, la seule donnée nécessaire est la fréquence.

ParamètreSymboleValeurUnité
Fréquencef50Hz
Astuces

Les fréquences de 50 Hz et 60 Hz (utilisée en Amérique du Nord) sont si courantes qu'il est utile de mémoriser leurs périodes respectives : pour \(f = 50 \text{ Hz}\), \(T = 20 \text{ ms}\) ; pour \(f = 60 \text{ Hz}\), \(T \approx 16,7 \text{ ms}\).

Schéma (Avant les calculs)

Visualisons un cycle complet d'une onde sinusoïdale. La période T est la distance horizontale entre deux points identiques successifs, comme deux crêtes.

Représentation de la Période T
Période (T)0u(t)
Calcul(s)

Calcul de la période en secondes

\[ \begin{aligned} T &= \frac{1}{50} \\ &= 0,02 \text{ s} \end{aligned} \]

Conversion en millisecondes

\[ T = 0,02 \text{ s} \Rightarrow T = 20 \text{ ms} \]
Schéma (Après les calculs)

Maintenant que nous avons calculé la valeur, nous pouvons l'annoter sur notre schéma pour une meilleure visualisation.

Période du signal de 50 Hz
T = 20 msu(t)05ms10ms15ms20ms
Réflexions

Une période de 20 ms signifie que le cycle complet de la tension (passant d'une valeur nulle, à la crête positive, nulle, crête négative, puis retour à zéro) se produit 50 fois par seconde. C'est une durée extrêmement courte, ce qui explique pourquoi nous ne percevons pas le scintillement des ampoules à incandescence.

Points de vigilance

L'erreur la plus commune est d'oublier de convertir les unités si nécessaire. La fréquence doit être en Hertz (Hz) pour que la période soit calculée en secondes (s). Attention également aux conversions entre secondes (s) et millisecondes (ms).

Points à retenir

Pour maîtriser cette question, retenez les points suivants :

  • Concept Clé : La période est l'inverse de la fréquence.
  • Formule Essentielle : \(T = 1/f\)
  • Point de Vigilance Majeur : Unités (Hz pour f, s pour T).

Le saviez-vous ?

La "guerre des courants" à la fin du 19ème siècle a opposé le courant continu (DC), promu par Thomas Edison, au courant alternatif (AC), développé par Nikola Tesla et George Westinghouse. Le courant alternatif l'a emporté en grande partie car il peut être facilement transformé pour être transporté sur de longues distances à haute tension avec de faibles pertes, ce qui est impossible avec le courant continu.

FAQ

Il est normal d'avoir des questions.

Résultat Final
La période du signal est de 20 ms.
A vous de jouer

La meilleure façon d'apprendre, c'est de pratiquer ! Si la fréquence était de 60 Hz (standard américain), quelle serait la période en ms (arrondir à une décimale) ?

Question 2 : Calculer la pulsation (ou vitesse angulaire) \(\omega\) du signal.

Principe

La pulsation \(\omega\) représente la "vitesse de rotation" du vecteur associé au signal sinusoïdal, en radians par seconde. Elle est directement proportionnelle à la fréquence f. Un tour complet (un cycle) correspond à \(2\pi\) radians.

Mini-Cours

Imaginez un point tournant sur un cercle à vitesse constante. La projection de ce point sur un axe vertical décrit une sinusoïde. La pulsation \(\omega\) est la vitesse angulaire de ce point. Si le point fait 'f' tours par seconde, et que chaque tour vaut \(2\pi\) radians, alors sa vitesse angulaire est logiquement de \(2\pi f\) radians par seconde.

Remarque Pédagogique

La pulsation \(\omega\) est une grandeur extrêmement importante en électrotechnique car elle apparaît dans toutes les formules de calcul d'impédance pour les bobines (\(Z_{L} = jL\omega\)) et les condensateurs (\(Z_{C} = 1/jC\omega\)) en régime sinusoïdal.

Normes

La pulsation n'est pas directement une grandeur normée. Elle se déduit de la fréquence (f), qui elle, est normalisée.

Formule(s)

Relation Pulsation-Fréquence

\[ \omega = 2\pi f \]
Hypothèses

Nous supposons que le modèle sinusoïdal est une représentation parfaite du signal électrique réel, ce qui justifie l'utilisation de cette formule géométrique.

Donnée(s)

La seule donnée nécessaire est la fréquence.

ParamètreSymboleValeurUnité
Fréquencef50Hz
Astuces

Pour une fréquence de 50 Hz, très commune en Europe, la pulsation est toujours de \(100\pi \text{ rad/s}\). C'est une valeur à retenir pour aller plus vite dans les calculs !

Schéma (Avant les calculs)

On peut visualiser la pulsation comme la vitesse de rotation d'un vecteur dans le cercle trigonométrique.

Représentation de la Pulsation
ωtVecteur
Calcul(s)

Calcul de la pulsation

\[ \begin{aligned} \omega &= 2 \times \pi \times 50 \\ &= 100\pi \text{ rad/s} \\ &\approx 314,16 \text{ rad/s} \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)

Notre vecteur tourne à une vitesse de 100π radians (soit 50 tours) par seconde.

Vecteur tournant à \(\omega\)
ω
Réflexions

Une pulsation de 314,16 rad/s est une vitesse de rotation très élevée. Cela signifie que le vecteur représentant notre tension fait 50 tours complets sur lui-même chaque seconde, générant ainsi les 50 cycles de l'onde sinusoïdale.

Points de vigilance

Ne confondez pas la fréquence f (en Hz) et la pulsation \(\omega\) (en rad/s). N'oubliez jamais le facteur \(2\pi\) dans la formule de conversion. Une erreur ici se répercutera sur tous les calculs suivants.

Points à retenir

Pour maîtriser cette question, retenez :

  • Concept Clé : La pulsation est la vitesse angulaire du signal.
  • Formule Essentielle : \(\omega = 2\pi f\)
  • Point de Vigilance Majeur : L'unité de \(\omega\) est le rad/s.

Le saviez-vous ?

Le radian est une unité d'angle "naturelle" en mathématiques et en physique. Utiliser des radians (plutôt que des degrés) simplifie de nombreuses formules importantes, notamment en dérivation et en intégration (par exemple, la dérivée de sin(x) est cos(x) seulement si x est en radians).

FAQ

Il est normal d'avoir des questions.

Résultat Final
La pulsation du signal est de 100π rad/s, soit environ 314,16 rad/s.
A vous de jouer

Quelle est la pulsation (en rad/s, valeur exacte) pour le réseau nord-américain à 60 Hz ?

Question 3 : Donner l'expression mathématique complète de la tension instantanée u(t) (on considérera la phase à l'origine nulle).

Principe

L'expression de la tension instantanée \(u(t)\) se construit à partir du modèle général d'un signal sinusoïdal : \(u(t) = U_{\text{max}} \sin(\omega t + \phi)\). Il suffit de remplacer l'amplitude (\(U_{\text{max}}\)) et la pulsation (\(\omega\)) par les valeurs de notre exercice. La phase à l'origine (\(\phi\)) est donnée comme nulle.

Mini-Cours

Une fonction sinusoïdale est entièrement définie par trois paramètres : son amplitude (la hauteur des crêtes), sa pulsation (la vitesse d'oscillation) et sa phase (le décalage initial). En fixant ces trois valeurs, on obtient une description unique et complète du signal pour n'importe quel instant t.

Remarque Pédagogique

Comprendre comment construire cette équation est crucial. C'est le passage des caractéristiques physiques (amplitude, fréquence) à un modèle mathématique abstrait mais extrêmement puissant pour l'analyse.

Normes

Il n'y a pas de norme directe pour l'écriture de l'équation, mais la convention veut que l'on utilise \(U_{\text{max}}\) pour l'amplitude et \(\omega\) pour la pulsation.

Formule(s)

Modèle général de la tension sinusoïdale

\[ u(t) = U_{\text{max}} \cdot \sin(\omega t + \phi) \]
Hypothèses

Pour cet exercice, nous posons deux hypothèses :

  • Le signal est parfaitement sinusoïdal, sans aucune distorsion harmonique.
  • La phase à l'origine est nulle (\(\phi = 0 \text{ rad}\)), ce qui signifie que nous démarrons notre observation (\(t=0\)) au moment précis où la tension passe par zéro en étant croissante.

Donnée(s)

On réutilise les données de l'énoncé et le résultat de la question précédente.

ParamètreSymboleValeurUnité
Tension Maximale\(U_{\text{max}}\)325V
Pulsation\(\omega\)\(100\pi\)rad/s
Phase\(\phi\)0rad
Astuces

Mémoriser les valeurs remarquables de la fonction sinus peut grandement accélérer les vérifications mentales. Par exemple, à \(t=T/4\) (soit \(\omega t = \pi/2\)), \(\sin(\omega t) = 1\), donc \(u(t)\) doit être égal à \(U_{\text{max}}\).

Schéma (Avant les calculs)

Le modèle mathématique est une recette pour dessiner le graphique du signal. Avant de mettre les valeurs, on identifie où placer l'amplitude et comment la pulsation va dicter la "vitesse" de l'oscillation.

Modèle Graphique d'un Sinus
Umaxt
Calcul(s)

Construction de l'équation

On part du modèle général \(u(t) = U_{\text{max}} \cdot \sin(\omega t + \phi)\) et on y insère les valeurs spécifiques à notre exercice.

\[ u(t) = 325 \cdot \sin(100\pi t + 0) \]

Simplification de l'équation

L'expression \((100\pi t + 0)\) est l'argument de la fonction sinus. Le terme `+ 0` correspond à la phase à l'origine, qui est nulle. En mathématiques, zéro est l'élément neutre de l'addition (\(X + 0 = X\)). Par conséquent, \((100\pi t + 0)\) est strictement identique à \(100\pi t\). On peut donc omettre le `+ 0` pour obtenir la forme finale, plus simple et conventionnelle.

\[ u(t) = 325 \cdot \sin(100\pi t) \]
Schéma (Après les calculs)

Le graphique représente maintenant précisément la tension du réseau électrique domestique européen.

Graphique de u(t)
325 V-325 V1020t (ms)
Réflexions

Cette simple équation mathématique est un modèle extraordinairement puissant. Elle permet de prédire la valeur exacte de la tension à n'importe quel instant, passé ou futur. C'est le fondement de toute l'analyse des circuits en régime alternatif.

Points de vigilance

Assurez-vous de ne pas confondre la tension maximale \(U_{\text{max}}\) (l'amplitude) avec la tension efficace \(U_{\text{eff}}\). L'équation de la tension instantanée utilise toujours la valeur maximale.

Points à retenir

L'essentiel à retenir est la structure du modèle :

  • Concept Clé : L'équation modélise l'oscillation de la tension.
  • Formule Essentielle : \(u(t) = U_{\text{max}} \sin(\omega t + \phi)\)
  • Point de Vigilance Majeur : Utiliser \(U_{\text{max}}\), pas \(U_{\text{eff}}\).

Le saviez-vous ?

Le mathématicien Joseph Fourier a démontré au début du 19ème siècle que n'importe quel signal périodique, même très complexe comme le son d'un instrument de musique, peut être décomposé en une somme de signaux sinusoïdaux purs (appelée Série de Fourier). Cela rend l'étude du signal sinusoïdal encore plus fondamentale.

FAQ

Il est normal d'avoir des questions.

Résultat Final
L'expression de la tension instantanée est : u(t) = 325 sin(100πt) V.
A vous de jouer

Écrivez l'expression de u(t) pour un signal de 60 Hz avec une tension maximale de 170 V (valeurs typiques du réseau américain).

Question 4 : Déterminer la valeur de la tension efficace Ueff.

Principe

La tension efficace Ueff est une valeur "moyenne" quadratique qui représente l'équivalent en tension continue pour produire le même effet Joule (chaleur) dans une résistance. Pour un signal sinusoïdal, il existe une relation simple entre la valeur efficace et la valeur maximale.

Mini-Cours

Le terme "efficace" vient de l'effet produit. La puissance instantanée dans une résistance R est \(p(t) = u(t)² / R\). Comme u(t) varie, p(t) varie aussi. La puissance moyenne (qui détermine l'échauffement) est la moyenne de p(t) sur une période. Le calcul montre que cette puissance moyenne est \(P = U_{\text{eff}}² / R\). La tension efficace est donc la valeur qui représente cette puissance moyenne.

Remarque Pédagogique

Retenez bien ceci : lorsque l'on parle de "tension du secteur de 230 V", on parle TOUJOURS de la tension efficace. C'est la valeur de référence pour tous les appareils et toutes les mesures. Les voltmètres en position AC mesurent cette valeur.

Normes

La norme européenne EN 50160 spécifie que la tension de fourniture sur les réseaux basse tension doit être de 230 V avec une tolérance de ±10%. Cette valeur de 230 V est une tension efficace.

Formule(s)

Relation Efficace-Maximal (Sinusoïdal)

\[ U_{\text{eff}} = \frac{U_{\text{max}}}{\sqrt{2}} \]
Hypothèses

L'hypothèse cruciale ici est que le signal est purement sinusoïdal. Pour d'autres formes d'ondes (carrée, triangulaire), la relation entre la valeur efficace et la valeur maximale est différente.

Donnée(s)
ParamètreSymboleValeurUnité
Tension Maximale\(U_{\text{max}}\)325V
Astuces

Il est pratique de mémoriser que \(1/\sqrt{2} \approx 0,707\) et \(\sqrt{2} \approx 1,414\). Ainsi : \(U_{\text{eff}} \approx U_{\text{max}} \times 0,707\) et \(U_{\text{max}} \approx U_{\text{eff}} \times 1,414\). Cela permet des estimations rapides.

Schéma (Avant les calculs)

Sur le graphique du signal, la tension efficace est une ligne horizontale située en dessous de la crête Umax.

Position de Ueff par rapport à Umax
UmaxUeff ?
Calcul(s)

Calcul de la tension efficace

\[ \begin{aligned} U_{\text{eff}} &= \frac{325}{\sqrt{2}} \\ &\approx 229,8 \text{ V} \end{aligned} \]

Arrondi à la valeur nominale

\[ U_{\text{eff}} \approx 230 \text{ V} \]
Schéma (Après les calculs)

La tension efficace se situe à environ 70,7% de la tension maximale.

Valeurs de Ueff et Umax
Umax = 325VUeff = 230V
Réflexions

Le résultat de 230 V correspond exactement à la valeur nominale standard du réseau européen. Cela confirme que la tension maximale de 325 V est la bonne valeur de crête pour obtenir une tension efficace de 230 V. La tension que l'on utilise au quotidien est donc bien inférieure à la tension réellement atteinte aux crêtes du signal.

Points de vigilance

Ne jamais utiliser la formule \(U_{\text{eff}} = U_{\text{max}} / \sqrt{2}\) pour des signaux qui ne sont pas purement sinusoïdaux (par exemple, en sortie de certains onduleurs ou variateurs de vitesse). Le facteur de conversion serait différent.

Points à retenir

Ce qu'il faut absolument retenir :

  • Concept Clé : La tension efficace représente l'équivalent thermique en courant continu.
  • Formule Essentielle : \(U_{\text{eff}} = U_{\text{max}} / \sqrt{2}\) (pour un sinus !)
  • Point de Vigilance Majeur : Les valeurs usuelles (230V, 12V...) sont des valeurs efficaces.

Le saviez-vous ?

La valeur de 230 V est la tension efficace standard du réseau de distribution électrique domestique dans toute l'Europe. C'est la valeur que vous lisez sur vos appareils électriques, et non la tension maximale de 325 V !

FAQ

Il est normal d'avoir des questions.

Résultat Final
La tension efficace du signal est d'environ 230 V.
A vous de jouer

Un multimètre mesure une tension efficace de 12 V AC à la sortie d'un petit transformateur. Quelle est la tension maximale (en V, arrondir à une décimale) que l'on pourrait mesurer avec un oscilloscope ?

Question 5 : Calculer u(t) à t = 2,5 ms.

Principe

Pour trouver la valeur de la tension à un instant donné, il suffit de remplacer la variable 't' par cette valeur dans l'expression de la tension instantanée u(t) trouvée à la question 3. C'est l'application directe du modèle mathématique.

Mini-Cours

L'équation \(u(t) = 325 \sin(100\pi t)\) est une fonction mathématique. Comme pour toute fonction, lui donner une valeur d'entrée (\(t = 2,5 \text{ ms}\)) permet de calculer la valeur de sortie correspondante (u). Cela permet de connaître l'état exact du système à n'importe quel moment.

Remarque Pédagogique

Cet exercice illustre la puissance prédictive du modèle mathématique. En connaissant les caractéristiques générales du signal (amplitude, fréquence), on peut déterminer son état précis à n'importe quel instant, ce qui est crucial pour la conception de systèmes électroniques synchronisés.

Normes

Il n'y a pas de norme qui s'applique à ce calcul spécifique. C'est une application directe des principes de l'électrotechnique.

Formule(s)

Expression de la tension instantanée

\[ u(t) = 325 \cdot \sin(100\pi t) \]
Hypothèses

Nous faisons l'hypothèse que l'instant t = 2,5 ms est mesuré avec une précision suffisante et que la source de tension est idéale et suit parfaitement le modèle mathématique.

Donnée(s)

Nous avons besoin de l'équation de u(t) et de l'instant de calcul.

ParamètreDescriptionValeur
u(t)Expression de la tension\(325 \sin(100\pi t) \text{ V}\)
tInstant de calcul2,5 ms
Astuces

Il est souvent utile de comparer l'instant 't' à la période 'T'. Ici, \(t = 2,5 \text{ ms}\) et \(T = 20 \text{ ms}\). On voit que \(t = T/8\). L'angle \(\omega t\) devient alors \(2\pi f \times (T/8) = 2\pi f \times (1/f)/8 = 2\pi/8 = \pi/4\). Reconnaître ces fractions de période simplifie le calcul de l'angle.

Schéma (Avant les calculs)

Sur le graphique de la tension, nous cherchons le point sur la courbe qui correspond à l'abscisse t = 2,5 ms.

Localisation de t = 2,5 ms
t (ms)10202,5
Calcul(s)

Étape 1 : Conversion de l'unité de temps

La pulsation \(\omega\) est en rad/s, il est donc impératif de convertir l'instant t en secondes pour la cohérence des unités.

\[ t = 2,5 \text{ ms} = 2,5 \times 10^{-3} \text{ s} = 0,0025 \text{ s} \]

Étape 2 : Substitution de t dans l'équation

On remplace la variable 't' par sa valeur en secondes dans l'expression de la tension instantanée.

\[ u(0,0025) = 325 \cdot \sin(100\pi \times 0,0025) \]

Étape 3 : Calcul de l'argument du sinus (l'angle en radians)

On calcule la valeur de l'expression à l'intérieur du sinus.

\[ \begin{aligned} \text{Angle} &= 100\pi \times 0,0025 \\ &= 0,25\pi \\ &= \frac{\pi}{4} \text{ rad} \end{aligned} \]

Étape 4 : Calcul final de la tension

On remplace l'argument par sa valeur calculée et on termine le calcul. (Attention : la calculatrice doit être en mode RADIAN).

\[ \begin{aligned} u(0,0025) &= 325 \cdot \sin\left(\frac{\pi}{4}\right) \\ &= 325 \cdot \frac{\sqrt{2}}{2} \\ &\approx 325 \times 0,7071 \\ &\approx 229,81 \text{ V} \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)

Nous pouvons maintenant placer précisément la valeur calculée sur notre graphique.

Valeur de u(t) à 2,5 ms
t (ms)229,8V2,5
Réflexions

Il est intéressant de noter qu'à t = 2,5 ms (soit seulement 1/8ème de la période), la tension a déjà atteint 229,8 V, une valeur très proche de la tension efficace (230 V). Cela montre que la croissance de la tension est très rapide au début du cycle.

Points de vigilance

Attention aux unités ! Le temps 't' doit être en secondes (s) pour être cohérent avec la pulsation \(\omega\) qui est en radians par seconde (rad/s). De plus, l'angle (\(\omega t\)) sera en radians. Assurez-vous que votre calculatrice est bien en mode RADIAN et non en mode DEGRÉ.

Points à retenir

La méthodologie à retenir pour ce type de calcul est :

  • Étape 1 : S'assurer de la cohérence des unités (t en secondes).
  • Étape 2 : Remplacer 't' dans l'expression de u(t).
  • Étape 3 : Mettre sa calculatrice en mode RADIAN avant de calculer le sinus.

Le saviez-vous ?

Les oscilloscopes sont des instruments de mesure qui permettent de visualiser en temps réel la courbe de la tension en fonction du temps, u(t). Ils permettent de "voir" directement la forme d'onde que nous traçons ici et de mesurer ses caractéristiques (amplitude, période, valeurs instantanées).

FAQ

Il est normal d'avoir des questions.

Résultat Final
À t = 2,5 ms, la tension instantanée est d'environ 229,8 V.
A vous de jouer

En utilisant la même équation, quelle est la tension instantanée à t = 5 ms ? (Indice : 5ms = T/4)


Outil Interactif : Simulateur de Signal

Utilisez les curseurs pour faire varier la tension maximale et la fréquence du signal. Observez en temps réel l'impact sur la tension efficace, la période et la forme de l'onde.

Paramètres d'Entrée
325 V
50 Hz
Résultats Clés
Tension Efficace (\(U_{\text{eff}}\)) -
Période (T) -

Quiz Final : Testez vos connaissances

1. Quelle est la relation correcte entre \(U_{\text{eff}}\) et \(U_{\text{max}}\) pour un signal sinusoïdal ?

2. Quelle est l'unité de la pulsation \(\omega\) ?

3. Un signal a une fréquence de 100 Hz. Quelle est sa période ?

4. À quoi sert la tension efficace ?

5. Pour un signal \(u(t) = U_{\text{max}} \sin(\omega t)\), à quel moment la tension est-elle maximale ?


Glossaire

Tension Efficace (\(U_{\text{eff}}\))
Aussi appelée valeur RMS (Root Mean Square), elle représente la valeur de tension continue qui produirait le même échauffement dans une résistance qu'un signal alternatif. C'est la valeur standard utilisée pour caractériser un réseau électrique (ex: 230 V).
Tension Instantanée (\(u(t)\))
La valeur exacte de la tension à un instant 't' donné. Pour un signal alternatif, cette valeur change en permanence.
Tension Maximale (\(U_{\text{max}}\))
Aussi appelée amplitude, c'est la valeur de crête atteinte par le signal au cours d'un cycle.
Fréquence (f)
Le nombre de cycles complets effectués par le signal en une seconde. Son unité est le Hertz (Hz).
Période (T)
La durée, en secondes, d'un seul cycle du signal. C'est l'inverse de la fréquence (\(T = 1/f\)).
Pulsation (\(\omega\))
La vitesse angulaire du signal, exprimée en radians par seconde (rad/s). Elle est liée à la fréquence par la relation \(\omega = 2\pi f\).
Exercice : Étude de la Tension Efficace et Instantanée

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Exercice : Analyse d'un Système Triphasé Équilibré Analyse d’un Système Triphasé Équilibré Contexte : Le réseau triphasé est le pilier du transport et de la distribution de l'énergie électrique à grande échelle. Il est utilisé pour alimenter la quasi-totalité des...

Autonomie d’un système alimenté par batterie
Autonomie d’un système alimenté par batterie

Exercice : Autonomie d'un Système sur Batterie Calcul de l'Autonomie d’un système alimenté par batterie Contexte : L'alimentation d'un refuge de montagne. Nous devons concevoir le système d'éclairage autonome pour un refuge de montagne non raccordé au réseau...

Circuit monophasé R–L
Circuit monophasé R–L

Exercice : Circuit Monophasé R-L Série Analyse d'un Circuit Monophasé R-L Série Contexte : Le circuit R-L série. En électrotechnique, de nombreux récepteurs (moteurs, transformateurs, ballasts de lampes...) se comportent comme une association d'une résistance R et...

Analyse de Puissance dans un Transformateur
Analyse de Puissance dans un Transformateur

Analyse de Puissance d'un Transformateur Analyse de Puissance d'un Transformateur Monophasé Contexte : Le transformateur monophasé est un composant essentiel dans les réseaux de distribution électrique. Il permet de modifier les niveaux de tension et de courant entre...

Chute de Tension dans un Système Triphasé
Chute de Tension dans un Système Triphasé

Exercice : Chute de Tension en Triphasé Calcul de la Chute de Tension dans un Système Triphasé Contexte : Alimentation d'un Moteur dans un Atelier. Le transport de l'énergie électrique sur des câbles n'est jamais parfait. Une partie de la tension est "perdue" en route...

Circuit RL Série en Régime Sinusoïdal
Circuit RL Série en Régime Sinusoïdal

Exercice : Circuit RL Série en Régime Sinusoïdal Analyse d'un Circuit RL Série en Régime Sinusoïdal Contexte : L'étude des circuits en régime sinusoïdalAnalyse des circuits électriques alimentés par une source de tension ou de courant qui varie de manière sinusoïdale...

Analyse de Circuit avec Lois d’Ohm et de Kirchhoff
Analyse de Circuit avec Lois d’Ohm et de Kirchhoff

Analyse de Circuit : Lois d’Ohm et de Kirchhoff Analyse de Circuit avec les Lois d’Ohm et de Kirchhoff Contexte : L'analyse de circuits électriques est la pierre angulaire de l'électrotechnique. Comprendre comment le courantLe flux de charge électrique, mesuré en...

Analyse d’une baisse de tension
Analyse d’une baisse de tension

Exercice : Analyse d'une Baisse de Tension Analyse d'une Baisse de Tension sur une Ligne d'Alimentation Contexte : L'alimentation d'un moteur dans un atelier. Dans toute installation électrique, l'énergie est transportée via des câbles qui, malgré leur bonne...

Gestion Énergétique des Moteurs Électriques
Gestion Énergétique des Moteurs Électriques

Gestion Énergétique des Moteurs Électriques Gestion Énergétique des Moteurs Électriques Contexte : L'efficacité énergétique dans l'industrie. Une usine souhaite réduire ses coûts énergétiques en optimisant le fonctionnement de ses équipements. L'étude se concentre sur...

Calcul de la Résistance Équivalente Totale
Calcul de la Résistance Équivalente Totale

Exercice : Calcul de la Résistance Équivalente Calcul de la Résistance Équivalente Totale Contexte : L'analyse de circuits électriques est fondamentale en électrotechnique. Un des premiers concepts à maîtriser est le calcul de la résistance équivalenteLa résistance...

Calcul du rendement d’un alternateur
Calcul du rendement d’un alternateur

Exercice : Rendement d'un Alternateur Calcul du Rendement d'un Alternateur Triphasé Contexte : Le rendement d'un alternateurLe rapport entre la puissance électrique utile fournie par l'alternateur et la puissance mécanique absorbée. C'est une mesure clé de son...

Calcul de la Vitesse de Rotation de l’Alternateur
Calcul de la Vitesse de Rotation de l’Alternateur

Exercice : Vitesse de Rotation d'un Alternateur Calcul de la Vitesse de Rotation d’un Alternateur Contexte : L'étude des machines synchrones, en particulier l'alternateurUne machine électrique qui convertit l'énergie mécanique en énergie électrique sous forme de...

Comportement Temporel du Courant
Comportement Temporel du Courant

Comportement Temporel du Courant Comportement Temporel du Courant Contexte : Le régime transitoireL'état temporaire d'un circuit après un changement brusque (ex: fermeture d'un interrupteur), avant qu'il n'atteigne un état stable. d'un circuit RC. Cet exercice porte...

Mesure de la Valeur Efficace d’un Courant
Mesure de la Valeur Efficace d’un Courant

Exercice : Mesure de la Valeur Efficace d'un Courant Mesure de la Valeur Efficace d'un Courant Sinusoïdal Contexte : L'importance de la Valeur EfficaceLa valeur efficace (RMS en anglais) d'un courant alternatif est la valeur du courant continu qui produirait le même...

Calcul de la Puissance Active P
Calcul de la Puissance Active P

Calcul de la Puissance Active P en Régime Sinusoïdal Calcul de la Puissance Active P en Régime Sinusoïdal Contexte : Le rendement énergétiqueLe rapport entre l'énergie utile produite par un système et l'énergie totale consommée. C'est une mesure clé de l'efficacité...

Puissance dans un Système Triphasé
Puissance dans un Système Triphasé

Exercice : Puissance et Facteur de Puissance dans un régime Triphasé Puissance et Facteur de Puissance dans un régime Triphasé Contexte : L'optimisation énergétique d'une installation industrielle. Un moteur asynchrone triphasé, élément central de nombreuses chaînes...

Analyse de Réactance pour la Maintenance
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Exercice : Analyse de la Réactance d'un Moteur Asynchrone Analyse de la Réactance pour la Maintenance Contexte : La maintenance prédictive en électrotechnique. La surveillance des moteurs asynchrones est cruciale dans l'industrie pour garantir la continuité de la...

Intégration de Résistances en Série et Parallèle
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Exercice : Intégration de Résistances en Série et Parallèle Intégration de Résistances en Série et Parallèle Contexte : L'analyse des circuits électriquesL'analyse de circuit est l'étude des lois qui régissent le comportement du courant et de la tension dans un réseau...

Angle de phase dans un circuit R-L série
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Exercice : Angle de Phase dans un Circuit R-L Série Calcul de l'Angle de Phase dans un Circuit R-L Série Contexte : Le déphasageLe décalage angulaire entre deux ondes sinusoïdales de même fréquence, typiquement la tension et le courant dans un circuit AC. dans un...

Dimensionnement d’un système d’accumulateurs
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Exercice : Dimensionnement d'un Système d'Accumulateurs Dimensionnement d’un Système d’Accumulateurs pour Site Isolé Contexte : Le stockage d'énergie est un pilier de la transition énergétique, en particulier pour l'électrification des sites non raccordés au réseau....

Amplitude du Courant dans un Circuit RLC Série
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Exercice : Amplitude du Courant dans un Circuit RLC Série Calcul de l'Amplitude du Courant dans un Circuit RLC Série Contexte : Le circuit RLC série en régime sinusoïdal forcé. Les circuits RLC (Résistance, Inductance, Capacité) sont des piliers de l'électronique et...

Moteur à Courant Continu comme Actionneur
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Exercice : Moteur à Courant Continu comme Actionneur Étude d'un Moteur à Courant Continu comme Actionneur Contexte : L'utilisation d'un Moteur à Courant ContinuUn moteur qui convertit l'énergie électrique en courant continu en énergie mécanique de rotation. (MCC)...

Intensité et Puissance dans un Habitat
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Exercice : Intensité et Puissance dans un Habitat Calcul d'Intensité et de Puissance dans un Habitat Contexte : Le dimensionnement d'un circuit électrique dans une cuisine. Dans toute installation électrique domestique, il est crucial de bien dimensionner les circuits...

Analyse d’un Circuit en Série
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Analyse d’un Circuit en Série Analyse d’un Circuit en Série Contexte : L'analyse des circuits en sérieUn circuit où les composants sont connectés bout à bout, de sorte que le courant n'a qu'un seul chemin à suivre. est un concept fondamental en électrotechnique. Cet...

Application du Théorème de Thévenin
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Application du Théorème de Thévenin Application du Théorème de Thévenin Contexte : Le théorème de ThéveninPrincipe qui permet de simplifier n'importe quel circuit électrique linéaire en un générateur de tension idéal en série avec une résistance. est un outil...

Calcul de la performance d’un alternateur
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Exercice : Performance d'un Alternateur Triphasé Calcul de la Performance d'un Alternateur Triphasé Contexte : L'alternateur triphaséMachine électrique tournante qui convertit l'énergie mécanique en énergie électrique sous forme de courants alternatifs triphasés. est...

Système triphasé avec charges déséquilibrées
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Exercice : Système Triphasé Déséquilibré Analyse d'un Système Triphasé avec Charges Déséquilibrées Contexte : L'alimentation d'un petit atelier. Un atelier est alimenté par un réseau triphaséSystème de trois tensions alternatives de même fréquence, déphasées l'une par...

Compensation de l’énergie réactive
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Exercice : Compensation de l'Énergie Réactive Compensation de l'Énergie Réactive d'une Installation Industrielle Contexte : L'optimisation énergétique. Une installation industrielle, principalement composée de moteurs asynchrones, est connectée à un réseau triphasé...

Circuit RLC Série en Régime Alternatif
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Exercice : Circuit RLC Série en Régime Alternatif Analyse d'un Circuit RLC Série en Régime Alternatif Contexte : Le Circuit RLC SérieUn circuit composé d'une résistance (R), d'une bobine (L) et d'un condensateur (C) connectés en série, alimenté par une source de...

Analyse d’un Circuit Mixte
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Analyse d’un Circuit Électrique Mixte Analyse d’un Circuit Électrique Mixte Contexte : L'analyse des circuits électriques mixtes (série et parallèle) est une compétence fondamentale en électrotechnique. Elle permet de comprendre et de prédire le comportement du...

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