Science physisques - exercices 6 , Exercices de Physique Avancée
Eleonore_sa
Eleonore_sa28 April 2014

Science physisques - exercices 6 , Exercices de Physique Avancée

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Science physisques - exercices sur l'émission et réception des ondes électromagnétiques. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Émission des ondes électromagnétiques, Réception des ondes radio.
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Exercice III: émission et réception des ondes électromagnétiques (Spécialité)

Bac S 2010 Antilles - Guyane Exercice III : Émission et réception des ondes électromagnétiques (4 points)

CALCULATRICE INTERDITE

1. Émission des ondes électromagnétiques.

Les ondes électromagnétiques, se propageant à grande vitesse et même en l’absence de milieu matériel, constituent un support de choix pour la transmission de l’information. Depuis la première production et détection d’ondes électromagnétiques par Hertz en 1888 des progrès importants ont été réalisés. 1.1. Sur les pas de Hertz. En 1888 Hertz met au point un oscillateur permettant de rayonner des ondes électromagnétiques par une série d’étincelles entre deux sphères légèrement espacées. Ces étincelles résultent de décharges électriques oscillantes entre les deux sphères qui jouent le rôle d’un condensateur. On peut estimer la durée d’une oscillation à un cent millionième de seconde.

On assimilera par la suite l’oscillateur de Hertz à un dipôle LC muni d’un dispositif d’entretien des oscillations. Un tel dipôle muni d’une antenne est capable de produire des ondes

électromagnétiques de période 0 2 T LC .

1.1.1. Du point de vue énergétique, quel est le rôle du dispositif d’entretien des oscillations ? 1.1.2. Déterminer l’inductance L de l’oscillateur de Hertz sachant que la capacité du condensateur est C = 10 pF.

1.2. Sur les traces de Marconi. En 1895 Marconi réalise la première liaison radio sur plusieurs kilomètres. On désire réaliser la transmission par voie hertzienne d’un signal sonore sinusoïdal enregistré sur un module musical. Pour ce faire on réalise le dispositif suivant :

Dispositif d’entretien des oscillations

L

C

Récepteur d’ondes hertziennes

Dispositif modulant

S Récepteur radio

GBF

A

B

UBM UAM

Module musical

Tension continue

Ligne de masse M

USM

Un ordinateur muni d’une interface permet d’observer deux des trois tensions représentées sur le schéma précédent :

1.2.1. Attribuer à chaque signal la tension enregistrée. Justifier la réponse. 1.2.2. Déterminer la fréquence du signal sonore enregistré.

1.2.3. Déterminer Umax et Umin , puis calculer le taux de modulation max min

max min

      

U U m

U U

1.2.4. Cas de la surmodulation 1.2.4.1. Quelle est la condition pour ne pas avoir de surmodulation ? 1.2.4.2. Représenter une situation de surmodulation sur la figure de l’annexe. 1.2.4.3. Pourquoi faut-il éviter le phénomène de surmodulation ? 1.2.4.4. Quelle tension faut-il modifier pour éviter ce phénomène ? 2. Réception des ondes radio. On a enregistré cette fois-ci une mélodie sur le module musical; on observe su niveau de l’émetteur les deux signaux 1 et 2 qui jouent le même rôle que précédemment dans la première partie.

Afin de pouvoir capter à distance le signal enregistré on réalise le circuit récepteur d’ondes radio ci- dessous ; on s’intéresse alors au rôle joué par chacune des parties du montage. 2.1. Quel est le rôle de la partie A ?

2.2. On capte de façon optimale le signal en ajustant C0 à la valeur de 6,3.10 10 F. L’inductance de la bobine vaut L = 4,0 mH.

Montrer que cette valeur est en accord avec l’oscillogramme. 2.3. Quel est le rôle de la partie C ?

2.4. Rappeler, en précisant les unités, l’expression de la constante de temps  du dipôle (RC1).

2.5. Pour avoir une bonne détection d’enveloppe la constante de temps  doit avoir une valeur

comprise dans l’intervalle : Tp <<  < Tm avec Tp : période de la porteuse et Tm : période correspondant à la fréquence moyenne fm du signal modulant.

2.5.1. En admettant que les ondes sonores enregistrées sont dans une gamme de fréquences

voisines de fm = 5,0 kHz, déterminer la période Tm du signal modulant. 2.5.2. Sachant que C1 = 10 nF, exprimer R sous forme d’un intervalle de valeur de résistances

pour que les conditions d’une bonne détection d’enveloppe soient requises.

2.6. Quel est le rôle au dipôle série (R’C2) ? 2.7. Après une dernière amplification du signal on peut enfin écouter le signal sonore. Le son perçu

est-il pur ou complexe ? Justifier.

Aide aux calculs : 2 = 10 ; 2 × 1,6 = 10 ; 2,52 = 1,6 ; 252 = 16

ANNEXE

Question 1.2.4.2 : graphe à tracer

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