Karamö, le prof virtuelLeçon 15 sur 25
Tension alternative et tension continue
Je sais distinguer une tension continue d'une tension alternative par leurs symboles, leurs courbes et leurs effets, et je comprends le rôle d'un adaptateur et d'un onduleur.
- 45 min
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Reconnaître les symboles d'une tension continue et d'une tension alternative
- Comparer les courbes et les effets des deux types de tension
- Lire la plaque d'un chargeur ou d'un adaptateur
- Expliquer le rôle d'un adaptateur et d'un onduleur dans une installation solaire
Avant de commencer : La leçon précédente (mise en évidence d'une tension alternative), le voltmètre, la DEL et son sens passant.
1Je découvre
Dans un village près de Faranah, le centre de santé fonctionne avec un kit solaire : des panneaux sur le toit, des batteries dans un local, et un boîtier appelé « onduleur ». Le soir, quand le soleil est couché, l'infirmière Hawa branche pourtant un réfrigérateur ordinaire, prévu pour la prise du secteur.
Kadiatou, sa fille, regarde le chargeur de son téléphone. Elle y lit de petites inscriptions : « Entrée : 100-240 V ~ 50/60 Hz » et « Sortie : 5 V ⎓ 2 A ». Pourquoi deux symboles différents, « ~ » et « ⎓ » ?
Elle se pose d'autres questions : les batteries du centre donnent-elles la même tension que la prise ? Pourquoi faut-il un onduleur ? Et pourquoi le téléphone a-t-il besoin d'un chargeur, au lieu d'être branché directement sur la prise ?
Qu'est-ce qui différencie une tension continue d'une tension alternative, et comment passe-t-on de l'une à l'autre ?
2Je comprends
1. Deux grandes familles de tensions
Tu as vu dans la leçon précédente qu'une tension peut garder toujours le même signe ou changer de signe. On distingue donc :
- la tension continue : elle garde toujours le même signe. Le courant circule toujours dans le même sens. Si sa valeur ne change pas au cours du temps, elle est continue et constante (pile neuve, batterie chargée) ;
- la tension alternative : elle prend alternativement des valeurs positives et négatives. Le courant change de sens régulièrement (prise du secteur, alternateur, groupe électrogène).
2. Les symboles
On reconnaît le type de tension grâce aux symboles écrits sur les appareils, les générateurs et les multimètres.
| Tension continue | Tension alternative | |
|---|---|---|
| Symbole | = ou ⎓ (trait plein au-dessus de pointillés) | sim |
| Abréviation anglaise | DC | AC |
| Position du multimètre | V⎓ ou DCV | V~ ou ACV |
| Exemples de sources | pile, batterie, panneau solaire, sortie d'un chargeur | prise du secteur, alternateur, groupe électrogène, GBF |
Sur un schéma électrique, un générateur de tension alternative se représente par un cercle contenant le signe sim.
3. Les courbes : la meilleure façon de les distinguer
Si l'on trace la tension U en fonction du temps t :
- une tension continue constante donne une droite horizontale, toujours du même côté de l'axe du temps ;
- une tension alternative donne une courbe qui passe au-dessus puis au-dessous de l'axe du temps.
Attention : une tension peut être continue sans être constante. Par exemple, une tension qui varie entre 2 V et 8 V sans jamais devenir négative est continue variable. Ce qui compte pour dire « alternative », c'est le changement de signe.
4. Comparer les effets
| Effet observé | Avec une tension continue | Avec une tension alternative |
|---|---|---|
| Lampe à incandescence | brille | brille (même éclat si la tension a la même « valeur efficace ») |
| Fer à repasser, bouilloire (effet thermique) | chauffe | chauffe |
| DEL seule | brille si elle est dans le bon sens, sinon reste éteinte | brille une demi-période sur deux (clignotement très rapide) |
| Deux DEL tête-bêche | une seule brille | les deux brillent tour à tour |
| Voltmètre en position ⎓ | affiche une valeur fixe | affiche une valeur qui oscille autour de 0 (ou 0 si la variation est rapide) |
Les appareils chauffants et les lampes à filament fonctionnent aussi bien en continu qu'en alternatif. En revanche, beaucoup d'appareils électroniques (téléphone, radio, ordinateur) ont besoin d'une tension continue et basse.
5. Passer de l'alternatif au continu : l'adaptateur
Un téléphone fonctionne avec une batterie de quelques volts en tension continue. La prise du secteur délivre une tension alternative de 220 V. Le chargeur (ou adaptateur) sert donc à :
- abaisser la tension (de 220 V à quelques volts) ;
- la redresser, c'est-à-dire la rendre continue (grâce à des diodes).
C'est ce qu'indique sa plaque : entrée en alternatif (~), sortie en continu (⎓).
6. Passer du continu à l'alternatif : l'onduleur
Dans une installation solaire, les panneaux et les batteries fournissent une tension continue (souvent 12 V ou 24 V). Or les appareils ordinaires de la maison sont prévus pour le secteur : 220 V alternatif. L'onduleur transforme la tension continue des batteries en tension alternative de 220 V.
- 1Les panneaux solaires transforment la lumière du soleil en tension continue.
- 2Les batteries stockent l'énergie et délivrent une tension continue (par exemple 12 V).
- 3L'onduleur transforme cette tension continue en tension alternative de 220 V.
- 4Les appareils ordinaires (réfrigérateur, lampes, ventilateur) sont branchés sur la sortie de l'onduleur.
- 5Le chargeur du téléphone retransforme le 220 V alternatif en 5 V continu.
À l'inverse, un groupe électrogène est un moteur qui fait tourner un alternateur : il produit directement une tension alternative, comme les centrales.
7. Pourquoi le réseau utilise-t-il l'alternatif ?
L'énergie produite par les barrages doit parcourir des centaines de kilomètres. Pour limiter les pertes, on la transporte sous une très haute tension, puis on l'abaisse près des habitations. L'appareil qui élève ou abaisse une tension, le transformateur, ne fonctionne qu'avec une tension alternative. C'est la principale raison pour laquelle le réseau électrique est en alternatif.
Exemple
La plaque d'un chargeur porte : « Entrée : 100-240 V ~ 50/60 Hz ; Sortie : 5 V ⎓ 2 A ».
Entrée : le symbole ~ indique une tension alternative. Le chargeur accepte une tension du secteur comprise entre 100 V et 240 V : il fonctionne donc sur le réseau guinéen (220 V).
Sortie : le symbole ⎓ indique une tension continue de 5 V. Le chargeur peut débiter un courant de 2 A au maximum.
Conclusion : ce chargeur abaisse la tension et la rend continue.
Exemple
Ousmane observe trois courbes de tension en fonction du temps.
Courbe 1 : droite horizontale à U = 12 V.
Courbe 2 : courbe qui monte de 0 à 10 V puis redescend à 0 V, sans jamais devenir négative, et recommence.
Courbe 3 : courbe qui va de +8 V à −8 V régulièrement.
Courbe 1 : tension continue et constante (batterie de 12 V par exemple).
Courbe 2 : tension continue variable et périodique : elle change de valeur mais jamais de signe.
Courbe 3 : tension alternative : elle change de signe.
Méthode
Pour classer une tension :
- Je regarde si elle change de valeur : si non, elle est constante (donc continue).
- Si elle change de valeur, je regarde si elle change de signe (passage au-dessus et au-dessous de l'axe du temps).
- Pas de changement de signe : tension continue variable. Changement de signe : tension alternative.
- Si un motif se répète à intervalles de temps égaux, j'ajoute « périodique ».
3Je retiens
Je retiens
Tension continue : toujours le même signe, le courant va toujours dans le même sens. Symbole ⎓ ou =, abréviation DC.
Tension alternative : alternativement positive et négative, le courant change de sens. Symbole ~, abréviation AC.
Courbe d'une tension continue constante : droite horizontale. Courbe d'une tension alternative : passe au-dessus puis au-dessous de l'axe du temps.
Une tension peut être continue et variable : ce qui définit l'alternatif, c'est le changement de signe.
Un chargeur (adaptateur) abaisse la tension du secteur et la rend continue. Un onduleur transforme une tension continue en tension alternative.
Le réseau est en alternatif car les transformateurs ne fonctionnent qu'en alternatif.
4Erreurs fréquentes
- Croire que « continue » veut toujours dire « constante » : une tension de 2 V à 8 V est continue mais variable.
- Mesurer la tension du secteur avec le multimètre en position ⎓ (DC) : il faut la position V~ (AC).
- Brancher un appareil prévu pour 12 V continu directement sur la prise de 220 V alternatif : il est détruit. Il faut toujours lire la plaque.
- Confondre onduleur et chargeur : l'onduleur fabrique de l'alternatif à partir du continu ; le chargeur fait l'inverse.
5Je m’exerce
1Exercice 1
Donne le symbole et l'abréviation d'une tension continue, puis d'une tension alternative.
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Tension continue : symbole ⎓ (ou =), abréviation DC. Tension alternative : symbole ~, abréviation AC.
2Exercice 2
Classe chaque source dans la bonne colonne (tension continue ou tension alternative) : pile de radio, groupe électrogène, prise murale, batterie de voiture, sortie d'un chargeur de téléphone, sortie d'un onduleur, panneau solaire.
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Tension continue : pile de radio, batterie de voiture, sortie d'un chargeur de téléphone, panneau solaire.
Tension alternative : groupe électrogène, prise murale, sortie d'un onduleur.
3Exercice 3
Une tension varie au cours du temps entre 0 V et 10 V, sans jamais devenir négative, et le même motif se répète toutes les 2 s. Est-elle continue ou alternative ? Constante ou variable ? Périodique ? Justifie chaque réponse.
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Elle est continue, car elle ne devient jamais négative (elle garde le même signe). Elle est variable, car sa valeur change entre 0 V et 10 V. Elle est périodique, car le même motif se répète toutes les 2 s. C'est donc une tension continue variable périodique, mais pas alternative.
4Exercice 4
(Type BEPC) La plaque d'un adaptateur de radio porte : « Input : 220 V ~ 50 Hz » et « Output : 9 V ⎓ 0,5 A ».
a) Que signifient les symboles ~ et ⎓ ?
b) Quelle est la nature et la valeur de la tension d'entrée ? De la tension de sortie ?
c) Cite les deux transformations réalisées par l'adaptateur.
d) Peut-on brancher la radio directement sur la prise ? Pourquoi ?
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a) ~ indique une tension alternative ; ⎓ indique une tension continue.
b) Entrée : tension alternative de 220 V (celle du secteur). Sortie : tension continue de 9 V.
c) L'adaptateur abaisse la tension (de 220 V à 9 V) et la redresse (il la rend continue).
d) Non. La radio est prévue pour 9 V continu : sur 220 V alternatif, elle serait détruite.
5Exercice 5
Lansana installe un kit solaire dans sa maison à Mamou : panneaux, batterie de 12 V, onduleur, puis lampes et télévision prévues pour 220 V.
a) Quelle est la nature de la tension fournie par la batterie ?
b) Quel est le rôle de l'onduleur ?
c) Il branche le chargeur de son téléphone sur une prise de l'onduleur. Quelle est la nature de la tension qui arrive finalement au téléphone ?
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a) La batterie fournit une tension continue de 12 V.
b) L'onduleur transforme la tension continue de 12 V de la batterie en tension alternative de 220 V, pour alimenter les appareils ordinaires.
c) Le chargeur transforme les 220 V alternatifs de l'onduleur en une tension continue basse : le téléphone reçoit une tension continue.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
Choisis une réponse pour chaque question : la correction s’affiche aussitôt.
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