enseignement scientifique LE FUTUR DES ENERGIES

« LE FUTUR DES ENERGIES Activité 1 deux siècles d’énergie électrique Objectifs : -Reconnaitre les éléments principaux d’un alternateur -Analyser les propriétés d’un alternateur 1) Relever les liens entre électricité et magnétisme. L’électricité et le magnétisme sont étroitement liés.

En effet, il est découvert dès le printemps 1820, par le savant Oersted, que l’électricité peut avoir des effets magnétiques. De plus, c’est en 1831 que le savant Michael Faraday s’aperçoit qu’il est possible de produire de l’électricité à partir du magnétisme.

Le magnétisme semble donc être source d’électricité ; c’est l’induction électromagnétique.

En réalité, il sera découvert plus tard par le physicien Ampère et par Hippolyte Pixii, à l’aide d’une expérience scientifique faisait tourner un aimant devant une bobine enroulée autour d’un noyau de fer, qu’un champ magnétique peut générer un courant électrique. Un champ électrique et un champ magnétique peuvent donc s’associer et former une propagation dans l’espace d’un champ électromagnétique qu’on nommera une perturbation électromagnétique. Légende : A : Aimant droit B : Bobine de fil conducteur M : Multimètre ___ : Fil de connexion ___ : Fil de connexion L’expérience réalisée consistait donc à bouger rapidement l’aimant droit dans la bobine de fil conducteur afin de voir l’influence de son mouvement sur le multimètre, et voir ainsi si l’aimant pouvait créer un courant électrique en étant mis en mouvement. 3)Afin de fabriquer un alternateur, il est nécessaire d’utiliser un rotor, la partie mobile de la machine ainsi qu’un stator, la partie fixe.

L’interaction entre ces deux parties produit le courant électrique de l’alternateur. 4)La machine de Pixii fonctionne d’une telle manière qu’en tournant rapidement un puissant aimant à l’aide d’une manivelle, on produit un champ magnétique.

Ainsi, en changeant successivement les pôles nord et sud de la devant une bobine enroulée d’un noyau de fer, on crée un courant électrique. Les éléments numérotés de l’expérience de Pixii sont les suivants : 1 : Fil conducteur 2 : Aimant 5)Expliquer pourquoi la mise au point de l’alternateur est un bon exemple de lien entre science et technique. La science et la technique sont deux choses différentes, mais complémentaires.

La science se base sur des lois et des théories qui visent à connaître et comprendre le monde qui nous entoure tandis que la technique est une chose artisanale, quelque peu matérielle. L’alternateur est un bon exemple du lien entre science et technique puisque pour arriver à créer l’alternateur, il a fallu utiliser des lois et théories fondées par différents physiciens, comme Ampère, Maxwell et Faraday.

Cet objet montre donc que dans ce cas, la science précède la technique. Activité 2 : rendement d’un alternateur On sait qu'une éolienne utilise le vent pour produire de l'électricité.

Dans l'alternateur de l'éolienne, qui est indispensable pour la conversion d'énergie, le processus de conversion consiste donc à transformer l'énergie mécanique provenant du mouvement tournant des pales causé par le vent (la première source d'énergie) en énergie électrique, manifestée par le courant électrique généré à la fin. L’énergie existe sous différentes formes.

On apprend que lors d’une conversion d’énergie, dans une machine, l’énergie fournie est convertie en énergie utile et en énergie perdue.

Ici l’énergie fournie est donc l’énergie mécanique transmise à l’alternateur qui est de 4250 MWh, et celle utile est l’énergie électrique obtenue qui est de 4030 KWh. On sait que le rendement d’une machine, noté , est défini par : = 𝐸 On calcule donc = 𝐸 𝐸𝑢𝑡𝑖𝑙𝑒 𝑓𝑜𝑢𝑟𝑛𝑖𝑒 𝐸𝑢𝑡𝑖𝑙𝑒 𝑓𝑜𝑢𝑟𝑛𝑖𝑒 4030 = 4250 0,95 On obtient alors le rendement de l’éolienne d’environ 0,95. Comme vu précédemment, suite à la conversion d’énergie, toute énergie fournie n’est pas convertie en énergie utile, une fraction d’énergie est perdue.

On a donc 𝐸𝑓𝑜𝑢𝑟𝑛𝑖𝑒 = 𝐸𝑢𝑡𝑖𝑙𝑒 + 𝐸𝑝𝑒𝑟𝑑𝑢𝑒 .

Le rendement n’est pas égal à 1 étant donné que l’énergie utile est tout simplement inférieure à l’énergie fournie, on a 𝐸𝐹𝑜𝑢𝑟𝑛𝑖𝑒 > 𝐸𝑢𝑡𝑖𝑙𝑒 car 4250 > 4030.

Afin de maximiser le rendement, il faut soit minimaliser l'énergie fournie, consommée par celui-ci, soit maximiser l'énergie utile, qui est ici l'énergie électrique obtenue, tout en minimisant la partie d'énergie perdue lors du processus.

La majorité de l'énergie perdue sont dues aux frottements et se présente sous forme thermique, on peut donc, par exemple, minimiser cette énergie perdue par l'utilisation de systèmes de refroidissement. Afin de produire de l’électricité pour subvenir aux modes de vie actuels, des centrales électriques, dédié à la production de l’électricité à grande échelle sont mise en place.

Il existe différents types de centrales, telles que les centrales thermiques classiques, les centrales thermiques nucléaires et les centrales hydrauliques, mais elles fonctionnent presque toutes de la même manière.

En effet, elles utilisent diverses sources d’énergie primaires, comme l’eau ou la vapeur, pour faire tourner une turbine, produisant ainsi une énergie mécanique.

Dans cette turbine se trouve l’alternateur, un appareil convertissant cette énergie de mouvement en une énergie électrique.

C'est ainsi qu'un alternateur est indispensable au fonctionnement de la majorité des centrales électriques. Activité 3 : Histoire de l’alternateur Objectifs : -Interpréter et exploiter un spectre d’émission atomique -Comparer le spectre d’absorption d’un matériau semi-conducteur et le spectre solaire. 1)L’atome d’hydrogène émet un rayonnement lumineux aux longueurs d’ondes 410nm, 434nm, 486nm et 656nm.

Un gaz émettant dans le visible des radiations aux longueurs d’onde de 468 nm, 509nm 644nm peut donc être composé d’hydrogène puisque ces radiations sont proches.

Les longueurs d’ondes sont différentes puisqu’elles sont influencées par la température (c’est ce qu’il se passe lorsqu’un gaz est excité).

Le gaz ici présent peut donc être constitué d’atomes d’hydrogène, puisque les longueurs d’onde sont cohérentes. 2)Expliquer pourquoi les longueurs d’onde des raies d’émission des atomes d’hydrogène et de mercure sont différentes. Les longueurs d’onde des raies d’émission de ces deux atomes sont différentes puisque ce ne sont pas les mêmes atomes : il n’aborde pas les mêmes longueurs d’ondes et donc n’émettent pas.... »