Production d électricité

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1 énergie 1. Quelques rappels : puissance = durée Unité de la puissance : W (watt) Unité de l énergie : J (joule) Unité de la durée : s (seconde) Autres unités possibles : Production d électricité - la puissance en kilowatt : kw (1000 W) ou en mégawatt : MW ( W) ou énergie = puissance x durée - L énergie en en wattheure : Wh, dans ce cas la durée est en heure et la puissance en watt - L énergie en kilowattheure : kwh (1000 Wh) 2. L alternateur : Un alternateur est un dispositif permettant de produire de l électricité. Il est constitué d une partie fixe (le stator) et mobile (le rotor). 3. La turbine : Une turbine est une pièce mécanique pouvant tourner grâce à l action de l eau, du vent ou de la vapeur d eau sous pression. (c est un genre de «moulin»). 4. Source d énergie faisant tourner la turbine. Centrale thermique : On fait bouillir de l eau avec du fioul ou du charbon ou du gaz naturel : la vapeur d eau produite fait tourner la turbine. Centrale hydraulique : Une chute d eau fait tourner la turbine. Centrale éolienne : Le vent fait tourner une hélice (pas une turbine). Centrale nucléaire : La fission artificielles des atomes engendrent de la chaleur. Cette chaleur est utilisée pour faire bouillir de l eau. La vapeur d eau produite fait tourner une turbine. 5. Couplage turbine-alternateur : Toutes les centrales qui produisent de l électricité (sauf les centrales solaires) possède le dispositif turbine-alternateur (ou hélice-altenateur (centrale éolienne)). Le rotor de l alternateur est fixé au même axe de rotation que celui de la turbine. turbine rotor de l alternateur stator de l alternateur alternateur

2 Energie mécanique alternateur Energie électrique Energie thermique (perte par chaleur produite) 6. Fonctionnement d une centrale : Une source d énergie fait tourner la turbine, ce qui engendre la rotation du rotor. L alternateur produit alors de l électricité. 7. Centrale thermique : De la chaleur est produite dans la chaudière par la combustion du combustible (charbon, gaz ou autre) : combustible + dioxygène dioxyde de carbone + eau Cette chaleur permet de faire bouillir de l'eau. La vapeur d'eau formée est alors transportée sous haute pression et sous haute température vers une turbine. Sous la pression, les pales de la turbine se mettent à tourner. L'énergie thermique est donc transformée en énergie mécanique. Celle-ci sera, par la suite, transformée à son tour en énergie électrique via un alternateur. 8. Centrale nucléaire : Le mode de fonctionnement est identique au précédent si ce n est que la chaleur est produite par des réactions de fission au cœur du réacteur : - un noyau d uranium est bombardé avec un neutron - le noyau d uranium se casse, les produits de fission percutent d autres noyaux d uranium

3 - ces noyaux percutés se cassent etc c est une réaction en chaîne. En fait la différence est que cette source de chaleur nécessite impérativement un confinement (isolation totale du milieu extérieur) pour éviter un contact, entre le circuit primaire et le circuit secondaire, qui contaminerait toute la centrale en éléments radioactifs. 9. Centrale solaire : Un dispositif appelé photo-pile produit de l électricité en recevant des rayons lumineux. 10. Quantité d électricité produite en France selon les types de centrale : 18) Inconvénient des centrales Les centrales thermiques polluent par les dégagements de dioxyde de carbone (CO 2 ), d oxydes d azote (NO, NO 2 ) et de soufre (S) responsables des pluies acides ou de l effet de serre. Les centrales nucléaires produisent des matériaux de fission présentant un niveau de radioactivité important (émission de radiations α,β, γ ) et qui ne diminue que faiblement au cours du temps.

4 Radioactivité. 1. L'atome est constitué d'électrons et de nucléons (protons et neutrons). Il est électriquement neutre. Les nucléons constituent le noyau, les électrons forment le "nuage électronique" entourant le noyau. 2. On appelle nombre de masse A le nombre de nucléons d'un noyau, et nombre de charge Z le nombre de protons de ce noyau. Le nombre de neutrons du noyau est donc : N = A -Z. Symbole d un atome : Z A X exemple : atome de cobalt Co : 27 protons (+), 27 électrons (-) et 59-27=32 neutrons 3. On appelle isotopes des espèces différentes d'un même élément : ils ne diffèrent que par leurs nombres de neutrons ( exemples : les isotopes du carbone : 12 C ; 13 C ; C ). 4. Dans la nature, la plupart des noyaux d'atomes sont stables. Cependant, certains atomes ont des noyaux instables, ce qui est dû soit à un excès de protons ou de neutrons, soit à un excès des deux. Ils sont dits radioactifs : spontanément et d une façon aléatoire leur noyau se casse. Il se forme donc d autres noyaux (radioactifs ou pas). Cette transformation s appelle désintégration nucléaire. 5. Une désintégration nucléaire s'accompagne d'une émission de différents types de rayonnements et fournit de la chaleur appelée énergie nucléaire. 6. Réaction de fission dans une centrale nucléaire : Exemple : U n Xe Sr n Un noyau d atome d uranium instable est percuté par un neutron, le noyau d uranium se casse en plusieurs noyaux.en plus des noyaux formés, il se forme 3 neutrons, ces 3 neutrons percutent 3 autres atomes d uranium, la réaction ci-dessus se reproduit 3 fois : 9 neutrons sont formés, ils vont percuter 9 noyaux d uranium, etc. On dit qu il s agit d une réaction en chaine. 7. Production d énergie dans une centrale nucléaire : La réaction en chaine produit la désintégration de milliards de milliards de noyaux d atomes d uranium ce qui engendre beaucoup de chaleur. Cette chaleur est utilisée pour faire bouillir de l eau. La vapeur d eau est mise sous pression, elle permet de faire tourner une turbine couplée à un alternateur. L alternateur produit de l électricité. 8. Un échantillon radioactif se caractérise par son activité qui est le nombre de désintégrations de noyaux radioactifs par seconde se produisant en son sein. L'unité d'activité est le becquerel, de symbole Bq.(1 Bq = 1 désintégration par seconde).

5 9. Période radioactive (ou demi-vie) t 1/2 : La période radioactive est la durée au bout de laquelle la moitié des atomes radioactifs initialement présents a disparu par transformation spontanée. On note cette grandeur t 1/ Déterminer graphiquement la demie-vie d un élément radioactif. Il s agit de trouver la durée pour laquelle l activité A est égale à la moitié de l activité initiale A 0. Graphiquement, on lit A 0 =315 Bq Puis on calcule A 0 2 = = 157,5 Enfin on cherche graphiquement la durée correspondant à A 0 2, on lit : période t 1/2=3,5 min.

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