B : Energie électrique et circuit en "alternatif"

B1 : De la centrale électrique à l’utilisateur

B1.1 Des possibilités de production de l’électricité.

• L’alternateur est la partie commune à toutes les centrales électriques
  • Quel est le point commun entre un alternateur de bicyclette, une éolienne et une centrale hydroélectrique ?
  • Présence d’alternateurs dans différents convertisseurs d’énergie (éolienne, barrage hydroélectrique, ...).
  • Dans les voitures se trouve un alternateur que l’on peut facilement identifier.

• L’énergie reçue par l’alternateur est convertie en énergie électrique.
  • Réaliser un montage permettant d’allumer une lampe avec un alternateur de bicyclette, l’énergie mécanique est convertie en énergie électrique.
  • Notion de géopolitique (gestion de l’Énergie, conflits,...)

• Distinction des sources d’énergies renouvelables ou non.
  • Notion d’échelle de temps. Uranium : stock fini, non renouvelable.
    Énergies fossiles : très lentement renouvelables (des millions d’années).
    Biomasse : le bois est renouvelable à l’échelle de la vie humaine s’il y a plantation.
  • L’énergie solaire, l’énergie éolienne, l’énergie hydraulique sont des énergies renouvelables.
  • Peut-on produire proprement de l’énergie, sans conséquence pour l’environnement ?
  • Elaboration d’une liste de sources d’énergie, puis proposer un classement.
  • E.E.D.D.(éducation à l’environnement pour un développement durable) :
    On « parle » beaucoup des énergies renouvelables.
    Y’en a-t-il beaucoup dans votre région ?
    Comment fonctionnent-elles ?
    Peuvent-elles suffire ?

B1.2 Tension continue et tension alternative périodique.

• Une tension variable dans le temps peut être obtenue par déplacement d’un aimant au voisinage d’une bobine.
  • Alternateur, dynamo.

• Tension continue et tension variable au cours du temps.
  • Tension d’un électrocardiogramme.
  • Puis-je faire fonctionner mon poste de télévision avec des piles ?
    Non, d’où l’existence de plusieurs types de tensions.
  • Pourquoi me faut-il un adaptateur pour jouer à la Game-boy® ou à un autre jeu si je me branche sur la prise du secteur du secteur ?
  • Les « Symboles » alternatif ou continu sur les différents appareils électriques.
    Ces appareils peuvent-ils être utilisés sans précaution ?

• Tension alternative périodique : représentation graphique de son évolution, déterminer sa période et ses valeurs maximale et minimale.
  • Pour « la période » ; on utilise l’adjectif « périodique » (Qu’est-ce qu’une revue périodique ?).
  • En montrant un écran d’oscilloscope indiquant 0 V, demander alors ce que cela signifierait quand on voit cela sur l’appareil (appelé scope par les médecins) qui enregistre l’activité cardiaque d’un patient.
  • Enregistrement de l’activité cardiaque d’un patient représenté par un oscillogramme (dans la série télévisée "Urgences").

• Reconnaître une tension alternative périodique.
  Mesurer U_max (tension maximale) et T (période) d’une tension alternative et périodique.
  

B1.3 L’oscilloscope et/ou l’interface d’acquisition, instrument de mesure de tension et de durée.

• Fréquence d’une tension périodique et son unité dans le système international d’unités (S.I.), le Hertz, T = 1/f.
  • Fréquence cardiaque.
  • Ligne haute tension pour le transport du courant.
  • Fréquence radio.

• Caractéristiques de la tension du secteur en France : alternative, sinusoïdale, f=50Hz.
  • Lire les caractéristiques nominales de différents appareils domestiques.
  • Faire attention aux branchements des ordinateurs fabriqués dans les pays anglo-saxons qui ont un commutateur qui permet de les faire fonctionner soit en 110 V soit en 220 V.

• Pour une tension sinusoïdale, le voltmètre indique U_eff valeur indiquée sur les appareils électriques.
• Proportionnalité entre U_max et U_eff
  • U_eff= 220 V et –311 V < u < +311 V aux bornes d’une prise de courant électrique.

B2 Puissance et énergie électrique

B2.1 La puissance électrique.

• Puissance nominale indiquée sur un appareil.
• Le watt (W) est l’unité de puissance du système international d’unités (S.I.).
  • Lire les informations du constructeur sur la notice d’un appareil électroménager. La puissance consommée est toujours supérieure à la puissance restituée par l’appareil.
  • Parmi plusieurs lampes adaptées à un générateur (ou à la tension du secteur), laquelle doit-on choisir pour éclairer le garage ? Pour éclairer un bureau ?
    Quelles indications données par le constructeur dois-je comparer ?

• Pour un dipôle ohmique : la puissance électrique nominale est notée P, P=UxI où U et I sont des grandeurs efficaces.
  • Les radiateurs électriques.

• L’intensité du courant qui parcourt un fil conducteur ne doit pas dépasser une valeur déterminée par un critère de sécurité.
  • Intensité maximum/section du fil : choix des fils selon leur utilisation domestique en 220 V, soit 1,5 mm² pou le circuit lumière ; 2,5 mm² pour un circuit comportant des prises et 6 mm² pour la cuisine (four) avec une prise particulière.
  • Application : circuit bateau en 12 V, choix du diamètre des fils.
  • Utilisation des fusibles.
  • Pourquoi le fil électrique a-t-il fondu ?

• Rôle du coupe-circuit.
  • Protection contre les surintensités : protection des biens.
    Historique : plomb, fusible, disjoncteur...
  • Paille de fer aux bornes d’une pile électrique …
  • Rôle du coupe-circuit dans les voitures qui se déclenche suite à un choc.
  • Que représente l’indication sur le fusible ?
  • A quoi sert le tableau électrique ?

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B2.2 La mesure de l’énergie électrique.

• E = P.t, énergie électrique transférée pendant une durée t à un appareil de puissance nominale P.
  Calculs dont le résultat est exprimé en Joule (J) et en kilowattheure (kWh).
  • A quoi sert un compteur électrique ?
    Qu’indique une facture d’électricité ?
    Que peut-on faire avec 1 kWh ? Par exemple, faire fonctionner un aspirateur de puissance électrique de "1000 W" pendant une durée de "1 heure".

• Le joule est l’unité d’énergie du système international d’unités (S.I.).
  • Parallèle avec les SVT (Sciences de la Vie et de la Terre) :
    Apports énergétiques des aliments.
    Utilisation de logiciels de calculs.
  • Pourquoi sur l’étiquette de mon paquet alimentaire parle-t-on de kilojoule (kJ) ?

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