Vers un monde meilleur

Les piles solaires
pile solaire Une pile qui
convertit la lumière du Soleil
en énergie électrique.
Le Soleil fournira de l’énergie pendant des milliards d’années. La Terre
reçoit plus d’énergie du Soleil en une heure que toute l’énergie que nous
consommons en un an. Comment peut-on recueillir et emmagasiner
l’énergie du Soleil pour l’utiliser la nuit et par temps nuageux ?
Une pile solaire convertit la lumière du Soleil en
énergie électrique. Quand la lumière du Soleil frappe
un semi-conducteur, comme le silicium, les électrons
des atomes sont libérés et peuvent se déplacer. Des
petites piles solaires fournissent assez d’énergie pour
faire fonctionner une calculatrice ou une lampe de
jardin. De grands panneaux solaires font fonctionner un
satellite de communication. Depuis plusieurs années,
le gouvernement de l’Ontario encourage les projets
d’énergie renouvelable grâce à RESOP (Renewable Energy
Standard Offer Program). La figure 11.7 montre un
exemple de ferme solaire.
Figure 11.7 Ces panneaux et cette tour solaires
font partie de la ferme Solar 2, située en Californie.
Vers un monde meilleur
Comment faire de l’électricité à partir du mouvement
répétitif de notre talon qui se dépose sur le sol quand nous
marchons ? Voilà le but que Chanel Fournier et Jessilyn
Chiasson se sont donné en vue de leur participation
à l’Expo-sciences 2008. Elles ont élaboré un
prototype de soulier. Quand le talon du soulier
frappe le sol, des engrenages font tourner un
générateur. Puis, le courant passe par un redresseur
de courant, pour être ensuite entreposé dans une
pile qui se trouve dans le talon du soulier. Le soulier
électrique est également muni d’adaptateurs afin de
brancher directement nos appareils par l’entremise
de fils standards ou d’une prise USB. Grâce
à leur projet, Chanel Fournier et Jessilyn
Chiasson ont remporté une 3e place à l’Exposciences régionale d’Ottawa ainsi qu’un prix
d’innovation en ingénierie. Faire une marche
n’aura jamais été aussi électrisant !
Quelle nouvelle technologie pourrais-tu
inventer pour résoudre un problème
que tu as éprouvé ?
444 Module 4 Les caractéristiques de l’électricité
Figure 11.16 La boîte a
une énergie potentielle
gravitationnelle. Si tu veux
soulever la boîte pour la placer sur
une tablette, tu dois produire du
travail. Les modifications qui se
produisent dans l’énergie quand
la boîte se déplace vers le haut ou
vers le bas sont semblables aux
modifications qui se produisent
dans une source d’électricité, puis
dans une charge d’un circuit.
h
La différence de potentiel et le volt
La différence entre l’énergie potentielle électrique par unité de charge
entre deux points dans un circuit se nomme la différence de potentiel.
La différence de potentiel est souvent appelée la tension. Toutefois, on
décrit ici la différence dans l’énergie potentielle électrique par unité de charge
entre deux points. Il n’y a pas de tension en un point unique dans un circuit.
Dans le système international d’unités (SI), toutes les formes d’énergie se
mesurent en joules (J). Tu sais que le coulomb (C) est l’unité de la charge
électrique. La différence de potentiel est la différence dans l’énergie potentielle
par coulomb de charge entre deux points dans un circuit.
différence de potentiel =
différence de potentiel
(tension) La différence
entre l’énergie potentielle
électrique par unité de charge
entre deux points dans
un circuit.
volt L’unité de la différence
de potentiel, qui équivaut à
un joule (J) par coulomb (C).
différence dans l'énergie potentielle (J)
charge (C)
L’unité de la différence de potentiel est le J/C qui équivaut au volt (V),
nommé en l’honneur du travail d’Alessandro Volta (1745-1827).
Une pile marquée « 1,5 V » produira 1,5 J de travail pour déplacer
un coulomb d’électrons de la borne négative, en passant par le
circuit, jusqu’à la borne positive. Un voltmètre mesure la différence
de potentiel. La figure 11.17 montre un multimètre, qu’on peut régler
pour l’utiliser comme un voltmètre.
Une charge électrique ne perd pas d’énergie quand elle se déplace
dans un conducteur parfait sans résistance. Les fils de connexion
utilisés dans les circuits ont une résistance si faible qu’on peut
généralement les considérer comme des conducteurs parfaits. La
différence de potentiel sur la longueur des fils de connexion que tu
utiliseras dans tes expériences est si faible que tu peux l’ignorer. Tu peux
mesurer les propriétés d’un circuit pour vérifier cela.
Figure 11.17 Ce multimètre, réglé comme
un voltmètre, mesure la différence de
potentiel entre deux points dans un circuit.
Chapitre 11 Les circuits électriques 453
Révision de la section 11.3
Résumé de la section
• Un schéma de circuit représente, à l’aide de
symboles standards, les composants d’un circuit
électrique et leurs connexions.
• Dans un circuit en série, les électrons peuvent
circuler dans un seul chemin.
• Dans un circuit en parallèle, les électrons peuvent
circuler dans plus d’un chemin.
• Un ampèremètre mesure le courant. On le
branche en série.
• Un voltmètre mesure la différence de potentiel. On
le branche en parallèle entre les bornes d’une charge.
• Chaque pôle d’un appareil de mesure doit être
branché en direction du pôle de même polarité
sur la source électrique.
• La différence de potentiel entre les bornes d’une
batterie composée de piles en série est la somme
des différences de potentiel entre les bornes de
chaque pile.
Questions de révision
CC
1. Indique le type de connexion en A, en B et en C dans le circuit
de droite.
CC
2. Pourquoi doit-on brancher un pôle d’un appareil de mesure en
direction du pôle de même polarité sur la source électrique ?
C
A
3. Trace le symbole qui représente la batterie de 9 V montrée à la
figure 11.23A.
MA
4. Prédis la différence de potentiel générée par une batterie
B
composée d’une pile de 1,5 V en série avec une pile de 2,0 V.
C
5. Trace un schéma du circuit représenté en bas à droite.
CC
6. La force gravitationnelle a-t-elle un effet sur la différence de
C
potentiel d’une batterie ? Explique ta réponse.
HP
7. a) Considère une batterie de 6 V. Combien y a-t-il de piles dans
la batterie ?
b) Pourquoi ne dois-tu pas brancher une batterie de 6 V dans un
circuit qui requiert une pile D ?
HP
8. Dans un circuit électrique, les électrons
et l’énergie sont conservés.
a) Que veut-on dire par « quelque chose
qui est conservé » ?
b) Une batterie peut fournir 6 J d’énergie
pour chaque coulomb de charge qui
circule dans un circuit. Si le circuit est
composé de deux ampoules de lampe
de poche identiques en série, que
peux-tu prédire sur l’énergie totale
consommée par les ampoules ?
Chapitre 11 Les circuits électriques 461
Révision de la section 11.5
Résumé de la section
•Dans un montage en série, le courant est
identique à tous les points : IT = I1 = I2 = I3.
•La différence de potentiel entre les bornes
des charges en série est égale à la somme des
différences de potentiel entre les bornes de toutes
les charges : VT = V1 + V2 + V3.
•La résistance des charges branchées en série est
égale à la somme des résistances de toutes les
charges : RT = R1 + R2 + R3.
•La différence de potentiel est identique entre
les bornes de toute charge dans un montage en
parallèle : VT = V1 = V2 = V3.
•Le courant qui entre dans les charges branchées
en parallèle est égal à la somme du courant qui
entre dans toutes les charges : IT = I1 + I2 + I3.
•La résistance des charges branchées en parallèle
est inférieure à la résistance de la plus petite
charge : RT < R1 ; RT < R2 ; RT < R3.
Questions de révision
CC
1.Deux charges sont branchées en série. Les différences de
potentiel entre les bornes des charges sont-elles identiques ? Le
courant qui passe dans chaque charge est-il égal ? Pourquoi ?
CC
2.Deux charges sont branchées en parallèle. Les différences de
potentiel entre les bornes des charges sont-elles identiques ? Le
courant qui passe dans chaque charge est-il égal ? Pourquoi ?
C
3.Trace le schéma du circuit représenté à la figure 11.30.
C
4.Trace un schéma de circuit qui contient trois piles branchées en série
à une ampoule de lampe de poche. Si chaque pile mesure 1,5 V,
quelle est la différence de potentiel entre les bornes de l’ampoule ?
CC
5.Comment le courant qui quitte la pile dans un circuit parallèle
se compare-t-il avec le courant dans un circuit en série, si les
deux circuits ont le même nombre d’ampoules identiques ?
HP
6.Chacune des deux ampoules reliées en parallèle sera-t-elle aussi
brillante qu’une seule ampoule branchée à une pile ? Pourquoi ?
Suppose que les ampoules et les piles sont identiques.
MA
7.Un jeu d’éclairage possède une ampoule qu’on peut
insérer près de la fiche pour faire clignoter les ampoules ordinaires. Si une ampoule ordinaire brûle, les autres continuent d’allumer. Explique pourquoi.
HP
1
X
2
Y
3
8.Dans ce schéma de circuit, les ampoules de lampe
de poche sont identiques. Décris ce que tu penses observer dans chacune de ces situations :
a)interrupteur 1 fermé, interrupteurs 2 et 3 ouverts
b)interrupteurs 1 et 2 fermés, interrupteur 3 ouvert
c)interrupteurs 1 et 3 fermés, interrupteur 2 ouvert
d)tous les interrupteurs fermés
Chapitre 11 Les circuits électriques 471