séquence 12 : production d’énergie...

Alban du Plessis Production d’électricité

Collège des Tilleuls – Annecy sur 10 Physique - Chimie

Séquence 12 : production d’énergie électrique Cours niveau troisième

Objectifs :

- Comprendre le principe de fonctionnement d’une centrale électrique - Comprendre le rôle et le fonctionnement de l’alternateur - Etre capable de déterminer si une source d’énergie est renouvelable ou non - Savoir ce qu’est une tension alternative périodique

Voir également votre manuel pages 151 à 157 et 165 à 172. Rappels : ce que vous savez déjà

- La tension est notée U et s’exprime en volt (V) - L’intensité du courant électrique est notée I et s’exprime en ampère (A) - La résistance électrique d’un dipôle est notée R et s’exprime en ohm (Ω) - La loi d’ohm est U=RI - On mesure une tension à l’aide d’un voltmètre monté en dérivation - On mesure une intensité à l’aide d’un ampèremètre branché en série - On mesure une résistance électrique à l’aide d’un ohmmètre branché

directement aux bornes du dipôle - on ne peut pas créer de l’énergie mais on peut convertir l’énergie d’une

forme en une autre

Définitions Période : durée au bout de laquelle un phénomène périodique se répète. Elle se note T et s’exprime en seconde (s). Fréquence : nombre de périodes en une seconde. Elle se note f et s’exprime en hertz (Hz). Situation Prenons un moteur électrique. Si on applique à ses bornes une tension proche de sa tension nominale, il va fonctionner normalement. Que se passe-t-il aux bornes du moteur électrique si on le met en rotation (à l’aide d’un autre moteur par exemple) ? Réponse : …………………………………………………………………………………………………

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Les principaux types de centrales électriques

Nom : centrale hydraulique Source d’énergie : énergie de position (ou potentielle) de l’eau du lac de retenu Energie renouvelable Nom : ………………………………………………

Source d’énergie : ………………………………………………

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Energie …………………………………… Nom : ………………………………………………

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Source d’énergie : ………………………………………………

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Energie …………………………………… ……………………………………………… Nom : ………………………………………………

Source d’énergie : ………………………………………………

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Energie ……………………………………



Nom : ………………………………………………

Source d’énergie : ………………………………………………

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Energie ……………………………………

Sur les schémas ci-dessus :

- colorier en rouge là où se trouve la source d’énergie - colorier en vert la turbine (s’il y en a une) - colorier en bleu l’alternateur (s’il y en a un)

Conclusion : …………………………………………………………………………………………………

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A noter : les centrales photovoltaïques font exception à cette règle car l’énergie solaire est directement convertie en énergie électrique. Une centrale en laboratoire Prenons un alternateur, une dynamo de bicyclette par exemple. Branchons à ses bornes une ampoule. On fait tourner l’alternateur. Observations :

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Analyse du point de vu énergétique :

L’alternateur reçoit une énergie ……………… et la convertie en énergie ……………... A noter : Toute l’énergie mécanique n’est pas convertie en énergie électrique, il y a des pertes (énergie thermique).

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Diagramme énergétique d’une centrale Etablissons le diagramme énergétique d’une centrale hydraulique

Description : L’eau du lac de retenu possède une énergie potentielle. Lors de son passage dans la conduite forcée, l’énergie potentielle est convertie en énergie cinétique. La turbine transmet à l’alternateur l’énergie mécanique récupérée et l’alternateur converti l’énergie mécanique en énergie électrique.

Diagramme énergétique : Faire exercice 12 page 159 1,a : sur le dessin, le gros cylindre représente ……………………………………………

1,b : Sur le dessin, le dispositif immergé dans la marmite est …………………………..

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2,a : Une chaine énergétique ……………………………………………………………….

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2,b : …………………………………………………………………………………………….

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2,c : …………………………………………………………………………………………….

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Energie ……………..

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Energie …………….

Energie …………….



Les sources d’énergie En vous aidant du document ci-dessus, compléter le tableau suivant : Energies renouvelables Energies non renouvelables ………………………………………………

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A noter : les énergies renouvelables sont des énergies primaires inépuisables à très long terme, car issues directement de phénomènes naturels, réguliers ou constants, liés à l’énergie du soleil, de la terre ou de la gravitation. Les énergies renouvelables sont également plus « propres » (moins d’émissions de CO2, moins de pollution) que les énergies issues de sources fossiles. Faire exercice 25 page 162 1 : Une énergie renouvelable est ……………………………………………………………

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2 : les 5 énergies renouvelables figurant sur le dessin sont :

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3 : Le fonctionnement d’une centrale géothermique :

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4 : l’énergie renouvelable la plus utilisée en France est ………………………………….

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L’alternateur De quoi est constituée une dynamo ? Compléter le schéma.



Comment une dynamo (ou un alternateur) produit-elle une tension électrique ? Formuler une hypothèse.

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Proposer une expérience permettant de tester l’hypothèse.

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Observations :

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A noter : l’indication de tension sur le voltmètre n’est pas constante, en déplaçant un aimant au voisinage d’une bobine, on obtient une tension variable. Tension continue et tension alternative périodique (voir p 172) Sam Grath réalise une expérience : il mesure la tension aux bornes d’une pile plate et aux bornes d’un alternateur. Il relève les valeurs toutes les 5 secondes. Il obtient les résultats suivants. Tracer sur le graphique ci-dessous la tension en fonction du temps.



Définitions : (à connaître)

- Une tension continue est une tension dont la valeur est constante au cours du temps

- Une tension variable est une tension dont la valeur change au cours du temps

- Une tension périodique est une tension variable dont la valeur se répète régulièrement au cours du temps

- Une tension alternative est une tension variable qui prend alternativement des valeurs positives et négatives

- On définit une tension alternative par sa valeur maximum notée Umax, sa période T (ou sa fréquence f) et par sa forme

- La période est la durée du motif élémentaire, elle est notée T et s’exprime en seconde

Sur le graphique ci-dessus : Quelle tension est continue ?

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Quelle tension est variable ?

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Quelle tension est périodique ? Surligner un motif élémentaire et déterminer la

période.

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Quelle tension est alternative ?

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Quelle est la tension maximum aux bornes de l’alternateur ?

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Entrainement :



Pour chaque tension de la figure ci-dessus, dire si elle est continue, variable, alternative, périodique (plusieurs termes peuvent être utilisés). En cas de tension périodique, surligner un motif élémentaire, déterminer la valeur de la période et préciser la forme. Tension A : …………………………………………………………………………………………………..

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Tension B : …………………………………………………………………………………………………..

Tension C : …………………………………………………………………………………………………..

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Tension D : …………………………………………………………………………………………………..

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Tension E : …………………………………………………………………………………………………..

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Tension F : …………………………………………………………………………………………………..

Faire exercice 10 page 174 Tension Variable Continue Alternative Périodique Sinusoïdale Triangulaire Carrée

A B C D E F

Faire exercice 17 page 175 1 : la tension ……………………………………………………….. car …………………….

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2 : Sa forme est …………………………………………………….

3 : Période …………………………………………………………..

Valeur maximale : ………………………………………………….



A retenir :

- l’alternateur est la partie commune à toutes les centrales électriques (exception : centrale photovoltaïques)

- un alternateur converti de l’énergie mécanique en énergie électrique - les sources d’énergie sont soit renouvelables (soleil, vent, eau…) soit non

renouvelables (uranium, charbon, pétrole…) - un alternateur produit une tension variable dans le temps - une tension variable dans le temps peut être obtenue par déplacement d’un

aimant au voisinage d’une bobine - une tension est périodique si un motif élémentaire se répète à intervalle de

temps régulier - une tension est alternative si elle est alternativement positive puis négative

QCM d’entrainement : Vrai Faux 1 L’énergie nucléaire est renouvelable 2 L’énergie nucléaire est une énergie fossile 3 Un alternateur converti de l’énergie mécanique en énergie électrique 4 Un alternateur converti 100% de l’énergie mécanique en énergie électrique 5 Si on place un aimant dans une bobine, il apparaît une tension aux bornes de la

bobine

6 Si on déplace un aimant au voisinage d’une bobine, il apparaît une tension aux bornes de la bobine

7 Une tension alternative est forcément une tension variable 8 Une tension variable est forcément une tension alternative 9 La période correspond à la durée du motif élémentaire 10 Le motif élémentaire est le plus petit motif qui en se répétant reproduit toute la

courbe

Fin

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