Chapitre 6 et conversions d énergie I) NOTIONS GENERALES Les différentes formes d énergie : électrique (liée aux courants et tensions) lumineuse (liée à un mouvement ou à l altitude) thermique (liée à la chaleur) chimique (libérée lors d une transformation chimique) Brainstorming autours de l énergie : A propos de l énergie électrique : L homme est un grand consommateur d énergie électrique. C est pour cela que la production d énergie électrique est devenue primordiale. L énergie électrique à en effet le gros avantage d être facile à acheminer jusqu au consommateur. Cette énergie est ensuite convertie par nos appareils domestiques (lampe, four, mixeur, ) pour répondre à nos besoins. De nos jours, on cherche à produire cette énergie électrique en polluant le moins possible ce qui amène à penser aux énergies renouvelables. Car même si les centrales nucléaires ne polluent pas directement, elles produisent beaucoup de déchets dangereux qu il faut ensuite stocker.
Voyons quelques dispositifs réalisant des conversions énergétiques : II) DIAGRAMMES ENERGETIQUES DE DIFFERENTS DISPOSITIFS 1. L éolienne Diagramme énergétique (animation sur l éolienne) Mécanique (vent) de rotation de rotation (rapide) électrique Multiplicateur Alternateur Transformateur effet Joule électrique adaptée pour être transportée (haute tension qui diminue l effet Joule) Principe : Sous l effet du vent, les pales de l éolienne tournent et entrainent l axe de l hélice dans un mouvement de rotation. Le mouvement de rotation est accéléré par le multiplicateur. L énergie mécanique de rotation est transformée par l alternateur en énergie électrique. L énergie électrique est transférée à un transformateur qui l adapte pour qu elle puisse être transportée jusqu au consommateur.
Remarque : Il existe aussi des hydroliennes qui utilisent les courants marins pour créer de l énergie électrique (le principe est identique à celui de l éolienne) 2. La centrale hydraulique Diagramme énergétique : Principe : L eau du barrage passe par la conduite forcée et entraine la turbine (mouvement de rotation). La turbine entraine l alternateur qui produit de l énergie électrique. Le transformateur adapte l énergie électrique pour qu elle puisse être transportée en minimisant les pertes. mécanique (barrage) (altitude) (mouvement) (rotation) Conduite forcée Turbine Alternateur effet Joule électrique électrique adaptée pour être transportée (haute tension qui diminue l effet Joule) Transformateur III) Principe de l alternateur Comme nous l avons vu, chaque centrale utilise directement ou après conversion une forme d énergie mécanique. Le dispositif turbine/alternateur/transformateur est présent dans chaque centrale de production d énergie électrique et permet alors de convertir cette énergie mécanique en énergie électrique. L élément réalisant cette conversion étant l alternateur, nous allons expliquer son principe. Résultats du TP (partie I : mouvement de translation): Concernant l amplitude de la tension crée: -Quand on déplace un aimant à proximité d une bobine, une tension apparait aux bornes de la bobine. -Plus le mouvement de l aimant est rapide, plus la tension crée est grande et donc si l aimant ne bouge pas, aucune tension n est crée. -Plus l aimant en mouvement est proche de l aimant, plus la tension crée est grande.
Concernant le signe de la tension : - Le signe de la tension quand on approche l aimant est opposé à celui quand on éloigne l aimant. -Selon le pôle de l aimant que l on présente à la bobine le signe de la tension change. Exemple : On place une bobine fixe reliée à un voltmètre. a) Observation d origine: On approche un aimant, le pôle Nord en avant et on observe une tension positive. On peut en déduire que : V N S b) Si on éloigne cette fois l aimant mais en gardant le pôle Nord en avant alors la tension va être négative. c) Si on approche l aimant mais avec le pôle Sud en avant alors on aura encore une tension négative. d) Si on éloigne l aimant avec le pôle Sud en avant alors on va retrouver une tension positive. Exo : Si on inverse les branchements du voltmètre, quel sera le signe de la tension dans la situation d origine? Refaire dans cette nouvelle situation les raisonnements b), c),d). Résultats du TP (partie II) : Compréhension d exemples simples d oscillogrammes: Avant toutes utilisations d un oscilloscope, Il faut «régler le zéro» et avoir conscience des calibres utilisés (nombre de volts par division en ordonné et nombre de secondes par division en abscisse). Visualisation de signaux simples : U (V) C est une tension continue, elle reste constante dans le temps. Cette tension est positive. Calibre en ordonné: 5 Volts par division (V/Div) Tension lue : (3 Divisions) x (5 V/Div) = 15 V
U (V) C est une tension continue, elle reste constante dans le temps. Cette tension est négative. Calibre en ordonné: 5 V/Div Tension lue : -2 x 5 = -1 U (V) C est une tension variable, elle reste n est pas constante dans le temps. Cette tension est tantôt positive tantôt négative, et le motif se répète, c est une tension alternative. Calibre en ordonné : 2 V/div Tension maximale: + 6V Tension minimale : - 6V Calibre en abscisse : 10 ms/div (millisecondes par division) Le motif se répète toute les : 4 x 10 = 40 ms Interprétation du signal obtenu lors de la rotation d un aimant devant une bobine : En tournant, l aimant présente alternativement son pôle Nord et son pôle Sud devant la bobine. Comme les pôles créent des tensions de signes opposés, il y a création d une tension alternative.