Les récepteurs et les émetteurs :

-  Les récepteurs sont responsables de la réception des signaux, tandis que les émetteurs sont ceux qui génèrent ces signaux.

-  Dans le contexte de la communication humaine, un émetteur peut être une personne qui parle, et un récepteur peut être une autre personne qui écoute.

-  Les récepteurs peuvent être des oreilles qui transforment les sons en signaux électriques,

-  Les émetteurs peuvent être des voix qui génèrent ces signaux sonores.

-  Un émetteur est un dispositif qui convertit des informations (comme la voix, des données ou des images) en un signal qui peut être transmis.

-  Ce signal peut être sous forme d'ondes électromagnétiques, sonores ou optiques.

-  la radio est un émetteur qui convertit les informations en ondes radio qui sont ensuite diffusées dans l'air.

-  Un récepteur est un dispositif qui capte le signal émis par un émetteur et le convertit en une forme utilisable, comme un son, une image ou une donnée.

-  Une radio reçoit les ondes radio et les démodule pour reproduire le son.

-  Les émetteurs et les récepteurs jouent un rôle crucial dans la communication.

-  Ils permettent aux signaux de voyager d'un point à un autre, facilitant ainsi l'échange d'informations.

-  Dans un système de communication, l'émetteur envoie le signal, et le récepteur le reçoit et le traite.

-  Exemples d’émetteurs : le haut-parleur (HP), instrument de musique, la contrebasse, ….

Le son et la lumière :

-   La lumière et le son sont des signaux qui se propagent dans des milieux différents et à des vitesses très différentes.

-  Le son et la lumière sont des moyens efficaces pour émettre et transporter des informations.

-  Ils permettent de communiquer à distance et sont utilisés dans de nombreuses technologies modernes.

-  Le son est un exemple d’onde mécanique.

-  Une onde sonore est une vibration mécanique qui se propage dans un milieu élastique, comme l'air, l'eau ou des solides, et qui est perçue comme du son par l'oreille humaine.

-  Célérité d’une onde sonore à 20 ° C : v_air = 340 m . s^–1

-  Les ondes sonores nécessitent un milieu matériel pour se propager, elles ne peuvent pas se propager dans le vide.

-  Le son est utilisé pour transmettre des messages à travers des tam-tams, sirènes d'alarme, et autres dispositifs sonores.

-  La lumière est un exemple d’onde électromagnétique

-  La lumière peut se propager dans le vide et dans les milieux transparents.

-  Célérité de l’onde lumineuse dans le vide : c = 3,0 × 10⁸ m . s^–1.

-  Elle est utilisée dans des applications telles que les communications par satellite, les télécommunications, et la navigation.

-  Les signaux sonores et lumineux sont codés pour transporter des informations, et leur codage peut varier selon le type de signal utilisé.

La lumière :

-  La lumière est une onde électromagnétique qui se propage à travers le vide ou un milieu matériel.

-  Elle est caractérisée par sa longueur d'onde λ₀  (m) dans le vide et sa fréquence υ (Hz).

-  La période T d’un phénomène périodique est la durée au bout de laquelle le phénomène se reproduit identique à lui-même.

-  L’unité de période T est la seconde, symbole s.

-  La fréquence f représente le nombre de période par seconde. On écrit :

-   

-  unité de fréquence : Hertz : symbole Hz

-  Remarque : Pour obtenir la fréquence en Hz, il faut pour cela exprimer la période en seconde s.

-  La valeur fixée pour la vitesse de propagation de la lumière dans le vide est : 

-  C’est une constante Universelle.

-  Cette vitesse est une vitesse limite.

-  Dans les milieux transparents, la lumière se déplace moins vite que dans le vide.

-  La vitesse de la lumière dans l’air est peu différente de celle dans le vide.

-  Comme valeur approchée dans l’air et le vide, on choisit la valeur suivante :

-  Cette valeur est très élevée.

-  Une lumière monochromatique ne peut être décomposée par un prisme.

-  C’est une radiation lumineuse qui est caractérisée par sa longueur d’onde λ dans le vide ou l’air. Son unité légale est le mètre (m).

-  On utilise aussi le nanomètre : 1 nm = 10^–9 m

-  Le laser rouge utilisé au lycée est une radiation de longueur d’onde λ = 633 nm.

-  C’est une lumière monochromatique.

-  Remarque :

-  Une lumière complexe est un mélange de plusieurs radiations. Elle n’est pas caractérisée par une longueur d’onde. On lui associe une plage de longueurs d’onde.

-  Domaine du visible.

-  L’œil humain n’est sensible qu’aux radiations dont les longueurs d’onde sont comprises entre 400 nm et 800 nm.

-  La lumière blanche est un mélange de toutes les radiations visibles.

-  Spectre de la lumière blanche :

-  La lumière blanche est composée de radiations qui dans le vide ou dans l’air, ont une longueur d’onde comprises entre 400 nm (violet) et 800 nm (rouge).

-  La lumière blanche est polychromatique.

Vitesse de propagation de la lumière :

-  La valeur fixée pour la vitesse de propagation de la lumière dans le vide est : 

-  C’est une constante Universelle.

-  Cette vitesse est une vitesse limite.

-  Dans les milieux transparents, la lumière se déplace moins vite que dans le vide.

-  La vitesse de la lumière dans l’air est peu différente de celle dans le vide.

-  Comme valeur approchée dans l’air et le vide, on choisit la valeur suivante :

-  Cette valeur est très élevée.

-  Il est préférable d’utiliser la notation scientifique pour écrire la valeur de la vitesse de déplacement de la lumière.

Le rayon lumineux :

Lumière et mesure des distances

-  Le rayon lumineux est l’outil fondamental en optique géométrique.

-  On utilise le principe de propagation rectiligne de la lumière.

-  Il est très utile pour trouver l’image d’un objet donnée par un instrument d’optique.

-  Il permet d’expliquer les phénomènes de réflexion et de réfraction.

 Réfraction et réflexion de la lumière.

-  En fait pour nous, le rayon lumineux est un faisceau parallèle très étroit.

-  La lumière se propage en ligne droite dans tout milieu transparent homogène (comme l’air, l’eau et le vide).

-  Le trajet suivi par la lumière peut être modélisé par une ligne droite fléchée dans le sens de la propagation.

-  Ce modèle de représentation s’appelle le rayon lumineux

Propagation du son :

-  Un signal sonore se propage dans un milieu matériel solide, liquide ou gazeux mais ne se propage pas dans le vide.

-  Une onde sonore se propage dans toutes les directions qui lui sont offertes à partir de la source.

-  Le son peut se déplacer dans toutes les directions de l'espace, tant que le milieu de propagation est approprié.

-  La propagation de l'onde sonore dans l'air est due à la compression et à la dilatation des couches d'air, créant ainsi des zones de compression et de raréfaction.

Vidéo 

-  Cette propagation est un phénomène mécanique et se produit dans tous les types de milieux, y compris les solides, liquides et gazeux, mais ne se propage pas dans le vide.

-  Le son à besoin d’un milieu matériel pour se propager.

Valeur de la vitesse de propagation du son :

-  Les vitesses de propagation d’un signal sonore dépendent du milieu matériel de propagation.

-  On parle aussi de la célérité d’un son.

-  La valeur approchée de la vitesse de propagation d’un signal sonore dans l’air à environ 20 ° C est :

-  v ≈ 340 m / s.

-  Cette vitesse dépend de la température.

Mesure de la célérité d’un son dans l’air

-  Relation liant la vitesse du son à la température absolue :

-   

-  Valeur de la vitesse du son à la température θ de la salle :

-   ou

-  La célérité du son dépend du milieu de propagation.

-  La célérité du son est plus grande dans les solides que dans les liquides et le gaz.

-  Car moins le milieu est compressible, plus il est difficile à déformer et plus il est rigide.

-  Plus il est rigide, plus grande est sa célérité.

Caractéristiques d’un son :

-   Un son est caractérisé par :

-  Sa période T en seconde (s)

-  Sa fréquence f en hertz (Hz) avec

-  Sa hauteur et son timbre

-  Son intensité sonore I qui est liée à l’amplitude du signal sonore.

-  Son niveau d’intensité sonore L qui s’exprime en décibel (dB).

-   Hauteur d’un son :

-  La hauteur d’un son est liée à la fréquence du son :

-  Plus la hauteur d’un son est grande, plus sa fréquence est élevée et plus le son est aigu.

-  D’autre part, plus un son est grave et plus sa fréquence est basse.

-  Timbre d’un son :

-  Le timbre d’un son dépend du nombre et de l’amplitude des harmoniques qui sont présents.

-  Deux sons de même hauteur émis par des instruments différents ne sont pas perçus de la même manière, car les harmoniques, associées au fondamental, sont différentes.

-  Le timbre du son qui est lié au nombre et à l’amplitude des harmoniques présentes.

-  Intensité sonore d’un son :

-  L’intensité sonore, notée I, caractérise l’intensité du signal reçue par l’oreille.

-  L’intensité sonore I est la puissance P par unité de surface S transportée par une onde sonore

-   

-  Intensité sonore I en watt par mètre carré (W . m^–2)

-  Puissance transportée par l’onde sonore P en watt (W)

-  Surface de l’onde sonore S en mètre carré  (m²)

-  Elle s’exprime en watt par mètre carré : W / m² ou W. m^–2

-  L’oreille humaine normale perçoit les signaux sonores dont l’intensité est comprise entre

-  Une valeur minimale I₀ = 1,0 × 10^–12 W. m^–2 (seuil d’audibilité)

-  Et une valeur maximale I_max = 25 W. m^–2 (seuil de douleur).

-  Niveau d’intensité sonore :

-  Le niveau d’intensité sonore est une grandeur qui traduit la façon dont notre oreille perçoit l’« volume sonore » d’un son.

-  On définit le niveau d’intensité sonore L à partir de l’intensité associée au seuil d’audibilité.

-   

-  Niveau d’intensité sonore L en décibel (dB)

-  Intensité du signal I en watt par mètre carré (W. m^–2)

-  I₀ = 1,0 × 10^–12 W. m^–2 (seuil d’audibilité)

-  Échelles de I et L :

-  Remarque : les valeurs de L (dB) sont plus faciles à manipuler que les valeurs de I (W. m^–2)

Éclair et tonnerre :

Exercice

-  La célérité de l’onde sonore : v_s = 340 m / s

-  La célérité de l’onde lumineuse : c = 3 × 10⁸ m / s

-  La vision de l’éclair est instantanée alors que le son met pratiquement 3 s pour parcourir 1 km

Mesure de la tension U :

Circuit électrique :

-  Le voltmètre :

-  Mesure de la tension :

-  Exemple : mesurer la tension aux bornes d’un générateur :

-  Pour mesurer la tension aux bornes du générateur, on branche un voltmètre en dérivation aux bornes de l’appareil.

-  L’unité de tension électrique est le volt, symbole V.

-  On relie la borne V du multimètre à la borne P du générateur

-  On relie la borne COM du multimètre à la borne N du générateur

-  Le voltmètre mesure la tension entre P et N, notée U_PN

Mesure de l’intensité I :

-  L’ampèremètre :

-  Mesure de l’intensité I du courant dans un circuit.

-  Pour mesurer l'intensité du courant électrique on utilise un multimètre transformé en ampèremètre :

-  Borne d'entrée : mA et  Borne de sortie : COM

-  Un ampèremètre mesure l'intensité du courant qui le traverse.

-  Il doit être branché en série.

-  Un ampèremètre permet de connaître la valeur de l'intensité du courant qui le traverse mais aussi le sens du courant dans un circuit.

Circuit série et lois électriques :

-  Circuit série :

-  Unicité de l’intensité : L'intensité est la même en tous points d'un circuit série.

-  Additivité de la tension :

-  La tension aux bornes d’un ensemble de dipôles branchés en série est égale à la somme des tensions aux bornes de chacun d’eux.

-  On écrit : U_AC = U_AB + U_BC

-  Remarque : cette relation est toujours valable, ceci quel que soit le montage.

-  Circuit avec dérivation :

-  Nœud d'un circuit :

-  Un nœud de courant est un point du circuit où arrivent plus de deux conducteurs.

-  Les nœuds du circuit : point A et point B

-  Loi des nœuds :

-  La somme des intensités des courants qui arrivent à un nœud est égale à la somme des intensités des courants qui en partent.

-  ∑ I_a = ∑ I_p

-  Dans le circuit du schéma ci-dessus, d’après le sens des flèches d’intensité , la loi des nœuds au point A s’écrit :

-  I = I₁ + I₂

-   Unicité de la tension.

-  La tension est la même aux bornes de plusieurs dipôles montés en dérivation.

-  La tension entre les deux points quelconques et d’un circuit a une valeur bien déterminée.

-  Cette valeur est unique.

-  Loi des mailles.

-  Circuit :

-  Un circuit électrique peut être constitué d’une ou plusieurs mailles.

-  Une maille est un parcours fermé sur un circuit électrique à laquelle on associe un sens de parcours (voir le schéma ci-dessus).

-  Loi des mailles : Dans une maille orientée, la somme des tensions fléchées dans un sens est égale à la somme des tensions fléchées dans l’autre sens.

-  Dans le circuit ci-dessus comportant une maille, on a représenté les tensions U_AB, U_BC U_CD, U_DE et U_AE.

-  Avec le sens de parcours de la maille choisit,

-  La loi des mailles s’écrit :

-  U_AB + U_BC + U_CD + U_DE = U_AE

La loi d'Ohm :

-  Un dipôle résistif est un élément passif qui a pour principale fonction de s'opposer à la circulation du courant électrique.

-  Cette opposition est mesurée en ohms (Ω) et est décrite par la loi d'Ohm, qui stipule que la tension (U) aux bornes d'un dipôle est égale au produit de la résistance (R) et de l'intensité du courant (I) qui le traverse.

-  Un dipôle résistif est aussi appelé « résistance ».

-  Un conducteur ohmique est caractérisé par sa résistance R qui se mesure avec un ohmmètre.

-  Représentation symbolique :

-  Schéma du circuit associé à la loi d’Ohm :

-  Énoncé : La tension aux bornes d’un conducteur ohmique est proportionnelle à l’intensité du courant qui le traverse.

-  On écrit : U_AB = R . I

-  Remarque : le segment fléché qui représente la tension U_AB et la flèche qui donne le sens du courant d’intensité I dans le circuit ont des sens opposés.

La puissance électrique :

L'énergie des sysstèmes électriques

-   Puissance électrique d’un convertisseur.

-  Plus généralement, la puissance électrique d’un convertisseur est définie comme le produit de la tension U aux bornes du convertisseur et de l’intensité I du courant électrique qui le traverse.

-  P_E = U . I

-  Intensité I en ampère A.

-  Tension U en volt V

-  Puissance électrique P_E en watt (W)

-  Énergie électrique W_E :

-  W_E = P_E . Δt = U . I . Δt

-  Intensité I en ampère A.

-  Tension U en volt V

-  Énergie électrique W_E en joule (J)

-  Remarque :

-  On utilise souvent le kilowattheure comme unité d’énergie.

-  1 kW . h = 3,6 × 10⁶ J

-  Énergie et puissance reçues par un conducteur ohmique.

-  Énergie électrique reçue par un C.O : W_E = U_AB . I . Δt => W_E = R . I² . Δt

-  Puissance électrique reçue par C.O : P_E = U_AB . I  => P_E = R . I²

-  Remarque :

-  L’énergie électrique reçue par le C.O est cédée à l’extérieur sous forme de chaleur Q et de rayonnement W_R : c’est l’effet Joule.

Puissance et énergie :

 Énergie et Puissance

-  Énergie :

-  L’énergie représente la capacité d’un système à provoquer un changement ou à effectuer un travail.

-  Elle peut se présenter sous différentes formes : énergie cinétique (mouvement), énergie potentielle (position dans un champ de forces), énergie thermique (agitation des particules), énergie chimique (liaisons chimiques) ou énergie électrique (mouvement des charges).

-  L’unité de mesure dans le Système international est le joule (J),

-  Travail effectué lorsqu’une force F = 1,0 N déplace un objet sur d = 1,0 m dans la même direction et le même sens :

-  W (F) = F _. d avec comme unité (N . m ) = (J)

-  Puissance :

-  La puissance mesure la vitesse à laquelle cette énergie est utilisée ou transférée.

-  Elle indique combien d’énergie est utilisée par unité de temps

-  Elle s’exprime en watt (W), où 1 W = 1 J / s = 1 J . s^–1

-  Par exemple, une ampoule de 60 W consomme 60 joules d’énergie chaque seconde.

-  La puissance est une grandeur instantanée, tandis que l’énergie est cumulative.

-  Relations :

-  L’énergie consommée ou produite W par un système est le produit de la puissance P par la durée Δt pendant laquelle elle est utilisée :

-  W = P × Δt

-  Cette relation explique pourquoi un appareil de 1 kW utilisé pendant 2 heures consomme 2 kWh d’énergie.

-  Deux systèmes peuvent fournir la même énergie totale, mais celui avec la puissance plus élevée le fera plus rapidement.