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au lycée  
 
 

  1. Energie électrique et circuits électriques en "alternatif"
    1. Rappels de quatrième
      • Unités
      • La tension aux bornes d'un dipôle se mesure en Volts (V).
        L'intensité parcourant un dipôle se mesure en Ampères (A).

      • Mesurer une tension et une intensité
      • Circuit Mesure de la tension
        aux bornes de R1
        Mesure de l'intensité
        parcourant R1

      • Additivité des tensions
      • Pour connaître la tension aux bornes de R2, il suffit de se rappeler que la tension aux bornes des deux resistors est égale à la tension aux bornes du générateur.
        On a donc U = U1 + U2.
        On trouve donc que U2 = 5 - 3 = 2 V.



      • Loi d'Ohm
      • L'intensité traversant une résistance est proportionnelle à la tension à ses bornes.
        Exemple : Lorsque l'on applique une tension de 3V aux borne de la résistance R, l'intensité qui la traverse est de 0,5 A.
        Quelle intensité mesurerait-on si la tension était de 4V ?

        Solution : Il suffit de faire un produit en croix :


        L'intensité mesurée sera donc de 0,67 A.

        3V 0,5 A
        4V ? A
        => ? = (0,5 x 4) / 3 = 0,67
    2. Comment produire de l'énergie électrique ?
      1. Fonctionnement de certaines centrales électriques
      2. Il existe principalement trois types de centrales :

        • Les centrales à énergie hydraulique (2 p133)
        • Les centrales à énergie thermique (3 p133)
        • Les centrales à énergie éolienne (4 p134)
        • Etudier chaque document de façon à pouvoir détailler le fonctionnement de chaque usine.
          Quelle énergie est utilisée ?
          Comment est-elle transformée en énergie électrique ?

        Fonctionnement d'une centrale hydraulique :
        La centrale exploite l'énergie de l'eau en mouvement, pour faire tourner un alternateur qui la transforme en énergie électrique.

        Fonctionnement d'une centrale thermique :
        L'énergie thermique produite par la combustion de combustible fossible ou une réaction nucléaire est transformée en énergie mécanique, qui est transformée en énergie électrique par un alternateur.

        Fonctionnement d'une centrale éolienne
        L'énergie du vent est convertie en énergie électrique par un alternateur

      3. Qu'est-ce qu'un alternateur ?
      4. On a vu qu’une bobine parcourue par un courant peut être repoussée par un aimant.
        L’inverse est possible : un aimant bougeant à proximité d’une bobine crée un courant électrique dans celle-ci.

        Dans un alternateur, un aimant tourne à l'intérieur d’une bobine, ce qui permet de transformer une énergie mécanique en énergie électrique.

      5. Diagrammes de conversion d'énergie
        • Modèle de l'alternateur

        • L'alternateur permet de convertir une énergie mécanique, c'est-à-dire correspondant à un mouvement, en énergie électrique.
          Cependant, les frottements dans l'alternateur créent un échauffement : cette énergie correspond à des pertes.

        • Fonctionnement d'une lampe de bicyclette
      6. Qu'est-ce qu'une énergie renouvelable ?
      7. Activité 8 p 136 :

        En savoir plus sur...

        L'énergie nucléaire (document p140)

        1. A masse égale, quel "combustible" permet de produire le plus d'énergie ?
        2. A masse égale, le combustible qui permet de produire le plus d'énergie est l'uranium : 7 g d'uranium permettent de produire autant d'énergie que 1400 kg de charbon.
        3. Quelle est la part d'électricité d'origine nucléaire en France ?
        4. L'éléctricité d'origine nucléaire représente 80% de l'énergie électrique produite en France.
        5. Quels sont les principaux avantages et inconvénients du "nucléaire" ?
        6. Le principal avantage de l'énergie nucléaire est de produire très peu de gaz à effet de serre, en revanche un inconvénient majeur est la production de déchets très radioactifs qu'il faudra stocker pendant des siècles.

        Energie solaire et électricité (document p141)

        1. Selon la légende, comment Archimède aurait-il réussi à enflammer les navires ennemis ?
        2. D'après la légende, Archimède aurait utilisé des miroirs géants pour focaliser la lumière du Soleil sur les voiles des navires ennemis.
          Voir la page consacrée à Archimède sur Wikipédia
        3. Quelle est la conversion d'énergie réalisée par une cellule photovoltaïque ? Quelles ont été les premières applications ?
        4. Une cellule photovoltaïque convertit l'énergie lumineuse en énergie électrique :

          Les premières applications ont été la fabrication de panneaux solaires, pour les satellites et les appreils consommant peu d'électricité (calculatrices solaires).
        5. Quelle est la tension approximative entre les bornes d'une cellule photovoltaïque ? Pourquoi regroupe-t-on plusieurs cellules pour former un panneau ?
        6. La tension aux bornes d'une cellule photovoltaïque est d'environ 1V, trop peu pour faire fonctionner un appareil électrique. On en regroupe donc plusieurs par panneau pour augmenter la quantité d'électricité.

       

    3. Tension continue / tension alternative
      1. Peut-on créer une tension continue avec un alternateur ?
      2. Un alternateur ne peut fournir qu’une tension qui varie dans le temps.
        Si l’on utilise un aimant et une bobine, on remarque que :

        • Si on avance l’aimant et que la tension mesurée est positive, alors lorsqu’on le reculera la tension sera négative, et inversement.
        • Si la bobine bouge et que l’aimant est immobile, le même phénomène se produit.
        • Une tension est également mesurée si l’on fait tourner l’aimant ou la bobine.
        • La tension est d’autant plus grande que le mouvement est rapide.


      3. Qu'est-ce qu'une tension alternative ?
      4. Pour se représenter les variation d'une tension alternative, il n'est pas possible d'utiliser un alternateur de bicyclette : la tension varie bien trop rapidement.
        Pour réaliser des mesures, on utilise un appareil prévu pour réaliser une tension alternative variant lentement : un GTBF (Générateur Très Basse Fréquence).

        Pour mesurer les variations de la tension, on utilise un voltmètre et un chronomètre : après avoir démarré le chronomètre, on a relevé la valeur de la tension aux bornes du GTBF toutes les 5 secondes :

        Temps en secondes : 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
        Tension en Volts : 9.06 8.16 5.79 2.66 -0.76 -3.89 -7.00 -8.81 -9.56 -9.32 -7.98 -5.42


        Temps en secondes : 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120
        Tension en Volts : -2.17 1.25 4.51 7.16 8.68 9.06 8.21 6.13 3.12 0 -3.65 -6.64

        On obtient finalement le graphique suivant :

        Définitions :

        Tension alternative : c’est une tension dont la valeur varie au cours du temps.
        Tension périodique : c’est une tension dont la valeur se répète au bout d’un certain temps, la période (notée T).
        Valeur maximale : c’est la valeur maximale atteinte par la tension.
        Valeur minimale : c’est la valeur minimale atteinte par la tension.
        Fréquence : C’est le nombre de périodes en une seconde. Si la période se mesure en secondes, alors F = 1/T.

      5. Les fréquences au quotidien
      6. Doc p154.
        1. Quel est l'intervalle des fréquences audibles par l'oreille humaine ?
        2. L'oreille humaine est capable d'entendre les sons dont la fréquence est comprise entre 25Hz et 20 000Hz.
          Les fréquences inférieures à 25Hz sont appelées infrasons. Les éléphants les utilisent pour dialoguer entre eux sur des grandes distances.
          Les fréquences supérieures à 20 000Hz sont appelées ultrasons. Les dauphins et les chauve-souris les utilisent pour se déplacer et les chats ou les chiens peuvent les entendre.
        3. Quel objet donne le "la" ? Pourquoi est-il nécessaire d'accorder les instruments lors d'un concert ?
        4. L'objet utilisé pour donner le "la" est le le diapason. Si des instruments ne sont pas accordés lors d'un concerts, le son perçu ne sera pas agréable.
        5. Quel est l'intérêt d'utiliser un téléphone quadri-bande ?
        6. A la différence d'un téléphone dual-bande ou tri-bande, un téléphone quadri-bande pourra être utilisé dans un grand nombre de pays.
        7. Combien de temps s'écoule-t-il entre deux actions exécutées par le processeur évoqué dans la figure 4 ?
        8. Le processeur a une fréquence de 3GHz = 3 000 000 000Hz.
          La relation entre la période et la fréquence est : Période = 1/Fréquence.
          Le temps s'écoulant entre deux actions est donc Période = 1 / 3 000 000 000 = 3,33 x 10-10s.

      7. Comment mesurer une fréquence ?
      8. Voir le document.
        Document corrigé.