Activité 1 : La production de l`énergie électrique
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Elect 1 Activité 1 : La production de l'énergie électrique Choisis un mode de production de l'énergie électrique parmi les suivants et surligne-le : ● centrale hydraulique ● centrale nucléaire ● centrale thermique à flamme ● éolienne (aérogénérateur) Visualise l'animation correspondante (dossier « centrales électriques » ou site : http://www.discip.ac-caen.fr/phch/college/troisieme/exos_interactifs/centrales_web/co/centrales.html) ou aide-toi du livre (p. 116 à 119). Tu dois schématiser le dispositif correspondant et rédiger un texte d'une dizaine de lignes pour expliquer la production de l'énergie électrique. ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ Après présentation des différents modes de production, indique l'élément commun à tous. Toutes les centrales électriques possèdent ..................................................................... 1 La production d'électricité d'origine hydraulique Schéma à légender avec les mots suivants : pylône, barrage, turbine, conduite forcée, alternateur, lac de retenue. La production d'électricité dans une centrale thermique à flamme Schéma à légender avec les mots suivants : chaleur, vapeur, lumière, alternateur, courant électrique, turbine. Compléter le texte à l'aide des mots suivants : brûler, vapeur, chaudière, alternateur, lignes, énergie électrique, eau, turbine. Pour produire de l'électricité dans une centrale thermique à flamme, on fait ................................. un combustible, charbon ou pétrole, dans une sorte de grosse .................................. La chaleur dégagée permet de chauffer de l'................, qui se transforme en ................................ Celle-ci est envoyée sur la ........................., couplée à un ....................................... qui produit l'................................................ A la sortie de la centrale, l'électricité est envoyée sur le réseau de transport, c'est-à-dire des ............................ à haute tension. Énergie et production d'électricité Pour produire de l'énergie électrique, il faut faire tourner une turbine reliée à un alternateur. Complète le schéma ci-contre en écrivant ce qui fait tourner la turbine. 2 Relie chaque centrale électrique à la source d’énergie qui est utilisée ; puis relie la source d’énergie à la forme d’énergie stockée. Source d’énergie Centrale Uranium Centrale thermique à flamme Eolienne Pétrole, gaz, charbon Forme d’énergie stockée Energie chimique Energie de position Centrale hydraulique Vent Energie cinétique Centrale thermique nucléaire Eau Energie nucléaire Colorie en vert les sources d’énergie renouvelable, en rouge les sources d’énergie non renouvelable. Activité 2 : Quelques Elect 1 documents I. L’éolienne d’Iffendic En 2006, une éolienne est venue s’intégrer dans nos paysages. Des années de démarches administratives, pour que la SARL AVEL-IF composée de Loïc et Chantal LEPAGE et Nathalie LECOQ, voit leur projet au grand jour. L’éolienne d’Iffendic, ce sont : • 80 mètres de haut, • un pc qui surveille depuis l’Allemagne son bon fonctionnement, • une hélice entraînée en rotation par la force du vent (Eole = dieu du vent de la Grèce antique) qui permet la production d’énergie mécanique ensuite transformée en énergie électrique en tout lieu suffisamment venté. C’est très schématiquement celui de la génératrice de vélo qui serait entraînée par une hélice tournant grâce au vent. Quelques chiffres : • Production annuelle estimée : 3 960 000 kW (soit la consommation d’environ 1 500 foyers hors chauffage) • Puissance nominale : 2 000 kW • Longueur Pales : 41 mètres au nombre de 3 • Mât : hauteur du moyeu : 80 mètres • Toutes les fonctions de l’éolienne sont commandées et contrôlées en temps réel par microprocesseur. Le système de contrôle commande est relié par fibre optique aux différents capteurs. • Tous les sous-ensembles de la machine sont prévus pour supporter des températures jusqu’à -40°C, la neige, le givre et la glace. Fonctionnement : Reprenant le principe de fonctionnement des moulins à vent, les éoliennes constituent actuellement un mode de production d'énergie électrique en plein développement. L'avantage le plus évident de ce type de centrale électrique est évidemment le caractère inépuisable de l'énergie qu'elle utilise. On parle alors d’énergie renouvelable. Une éolienne comporte en général une hélice à trois pales reliée à un rotor. Les pales peuvent être orientées en direction du vent. Le rotor est relié à un multiplicateur (un système d'engrenages) destiné à augmenter la vitesse de rotation. L'alternateur demande en effet une vitesse de rotation élevée pour fonctionner. Le multiplicateur entraîne un alternateur qui génère une tension alternative sinusoïdale. 3 1) Quelle est la forme d’énergie produite par l’hélice de l’éolienne ? .................................................. 2) Quelle est la partie de l’éolienne qui permet la transformation de cette énergie mécanique en énergie électrique ? ……………………………………............................ II. Un alternateur, une machine tournante L'alternateur est une machine tournante destinée à produire une tension alternative sinusoïdale. Son fonctionnement est proche de celui d'une génératrice de bicyclette à cette différence près qu'il peut peser plusieurs dizaines de tonnes. Les alternateurs sont couplés à la turbine dans les centrales thermiques (à flamme ou nucléaire) et dans les centrales hydrauliques. Dans le cas d'une éolienne, l'hélice entraîne Rotor d’un alternateur industriel l'alternateur par l'intermédiaire d'un système d'engrenages (système de transmission). La génératrice de bicyclette est en fait un petit alternateur très simple. Stator d’un alternateur industriel Les alternateurs des centrales électriques fonctionnent selon un principe très proche. Seules leurs masses et leurs dimensions les distinguent de cette génératrice. Elect 1 Activité 3 : Les conversions d'énergie dans un alternateur Principe de fonctionnement de quelques centrales Fig. 1 Modélisation d’une centrale hydraulique Fig. 2 Modélisation d’une centrale thermique Fig. 3 Modélisation d’une éolienne Dans tous les cas, les vibrations de la turbine ou de l’hélice et les frottements des éléments en mouvement sur les pièces fixes produisent un échauffement. Ainsi, une partie de l’énergie mécanique est transformée en énergie thermique. Cette énergie n’est pas utilisée, on dit souvent qu’elle est « perdue ». Indique pour chaque type de centrale schématisée d’où provient l’énergie qui permet la mise en rotation du rotor. ……………………........……………………………………………………………………………... …………………………........………………………………………………………………………... …………………………………………………………………………………………………... Diagramme de conversion d’énergie Complète le diagramme en utilisant les expressions suivantes : énergie thermique, énergie mécanique, énergie électrique, alternateur. …………………….. …………………….. ………………. ……………………... ……………………... ………………………… ………………………… 4 Activité 4 : Le Elect 1 rôle de l'alternateur 1) Réalise un montage permettant d’allumer une lampe avec un alternateur de bicyclette. 1) Schéma du montage Observations : 2) Schéma du montage 2) Mesure de la tension aux bornes de l'alternateur Quel est l'appareil utilisé pour mesurer la tension ? .................................................................. Quelles sont les bornes et le calibre à utiliser ? ......................................................................... Schématise ci-dessus le montage permettant de mesurer la tension aux bornes de l'alternateur puis réalise-le. Que peut-on dire de la tension aux bornes d'un alternateur ? ................................................................................................. 1 ................................................................................................. 3) Observe attentivement la photo d’alternateur de bicyclette cicontre puis associe à chaque numéro une légende : ….. : rotor (aimant permanent), élément tournant .…. : galet d’entraînement ….. : stator (bobine et lames métalliques) ….. : carcasse métallique Activité 5 : Principe Elect 1 3 2 4 de l'alternateur Sciences in English Michael Faraday was a British chemist and physicist who contributed significantly to the study of electromagnetism and electrochemistry. Michael Faraday was born on 22 September 1791 in south London. His family was not well off* and Faraday received only a basic formal education. When he was 14, he was apprenticed to a local bookbinder* and during the next seven years, educated himself by reading books on a wide range of scientific subjects. In 1812, Faraday attended four lectures* given by the chemist Humphry Davy at the Royal Institution. Then Faraday wrote to Davy asking for a job as his assistant. Davy turned him down* but in 1813 appointed him* to the job of chemical assistant at the Royal Institution. A year later, Faraday was invited to accompany Davy and his wife on an 18 month European tour, taking in France, Switzerland, Italy and Belgium and meeting many influential scientists. On their return in 1815, Faraday continued to work at the Royal Institution, helping with experiments for Davy and other scientists. In 1821 he published his work on electromagnetic rotation (the principle behind the electric motor). In 1831, he carried out* a historic experiment which marked the beginning of electricity. He activated a magnet near or in the middle of a coil*. The needle of the compass started moving, which proved that an electric current was flowing in the closed circuit. D'après le site http://www.bbc.co.uk/history/historic_figures/faraday_michael.shtml Aide à la compréhension du texte : well off: aisé, fortune turned him down : l'a refusé bookbinder : relieur appointed him : l'a nommé attended four lectures : a assisté à 4 conférences he carried out : il a mené coil : bobine Questions sur le texte 5 1. De quel physicien est-il question dans le texte ? Où est-il né et à quelle époque ? ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ 2. Quelle activité mena-t-il dès l'âge de 14 ans ? Qu'est ce que cela lui a permis ? ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ 3. Que demanda t-il au chimiste Humphry Davy ? ................................................................................................................................................................ 4. Où travailla t-il à partir de 1813 ? ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ 5. Quel domaine de la physique a-t-il exploré ? ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ 6. Entoure sur la photo et nomme les deux objets nécessaires à l’expérience qu’il a réalisée en 1831 ? ................................................................................................................. .................................................................................................................. 7. En quoi a consisté son expérience et qu’a-t-elle mis en évidence ? ................................................................................................................... ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ 8. Connaissez-vous des dispositifs de la vie courante, comprenant les 2 objets utilisés par Faraday, et permettant de produire un courant électrique ? ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ Application : Une lampe secouée ! ! Schéma d’une lampe à secouer aimant bobine D.E.L. condensateur Cette lampe à diode électroluminescente contient un aimant et une bobine. Lorsqu’on secoue la lampe, le va-et-vient de l’aimant à l’intérieur de la bobine produit de l’énergie électrique ! La lampe contient un dipôle qui stocke cette énergie électrique afin de la restituer. 6
