Chapitre 5 : Deux siècles d'énergie électrique

« Chapitre 5 : Deux siècles d'énergie électrique Ce n’est qu’au XIXe siècle que les scientifiques ont commencé à apprivoiser l’énergie électrique. D’abord réservée à un petit nombre d’usagers, cette énergie est devenue omniprésente au XXIe siècle et est désormais indispensable au fonctionnement et au développement économique de nos sociétés. Les chercheurs et les industriels ont développé différentes technologies pour répondre à la demande toujours croissante en énergie, tout en cherchant à réduire leurs impacts sur l’environnement. De l’alternateur au panneau photovoltaïque, les progrès de la recherche fondamentale et l’innovation technologique permettent d’envisager la fabrication de générateurs d’énergie électrique de plus en plus performants. I – Le phénomène d'induction électromagnétique En 1820, H.C Oersted, scientifique danois, montre que de l'électricité dans un fil conducteur dévie une boussole, et a donc un effet magnétique.

C'est Michael Faraday, scientifique britannique, qui découvre le phénomène d'induction électromagnétique en 1831.

Il montre que le mouvement d'un aimant à proximité d'une bobine de fil conducteur provoque l'apparition d'un courant électrique dans ce fil.

James Clerk Maxwell, physicien écossais, établira en 1856 les équations modélisant ce phénomène, à l'origine de l'invention de l'alternateur. II – L'alternateur électrique 1) Alternateur et induction électrique Un alternateur électrique est constitué d'une partie mobile, le rotor, et d'une partie fixe, le stator.

Le rotor est constitué d'un aimant.

Son mouvement de rotation, à l'origine du phénomène d'induction électromagnétique, provoque l'apparition d'un courant induit dans la bobine fixe, le stator.

Parfois la bobine est le rotor et l'aimant le stator, mais le principe reste le même. C'est un convertisseur d'énergie mécanique en énergie électrique. 2) Tension aux bornes d'un alternateur La tension délivrée par un alternateur est alternative et périodique.

Sa valeur maximale croît en fonction de la vitesse du rotor.

Le courant alternatif généré est plus facile à transporter de la centrale électrique vers le consommateur, et il y a moins de pertes par effet Joule. 3) Rendement d'un alternateur Le rendement h d'un alternateur (exprimé sans unité) est une indication de l'efficacité de conversion de l'énergie mécanique en énergie électrique.

Plus sa valeur est proche de 1, meilleure est la conversion.

Les pertes sont dues aux frottements ou encore à l'effet Joule. On le calcule par la relation suivante : La valeur du rendement est d'autant plus élevée que la taille et la puissance de l'alternateur ont des valeurs élevées.

Dans une centrale électrique, sa valeur est proche de 1. III – Niveaux d'énergie et bandes d'énergies 1) Comportement quantique de la matière Au début du XXe siècle, la physique a connu une révolution conceptuelle à travers la vision quantique qui introduit un comportement probabiliste de la nature.

La matière peut émettre ou absorber des photons, chacun d'eux portant une quantité d'énergie bien définie, appelée quantum d'énergie. 2) Caractère discret des spectres de raies d'émission L'énergie d'un atome de gaz ne peut prendre que des valeurs bien déterminées, dites discrètes.

L'énergie d'un photon "émis" par un atome de gaz est égale à la différence d'énergie qui existe entre deux niveaux possibles pour l'atome.

Chaque raie d'émission correspond au passage de l'atome d'un état d'énergie à un état.... »