Aimant et bobines
publicité
Aimant en mouvement près d’une bobine On dispose de bobines, d’ampèremètre, d’aimant, d’un oscilloscope et de fil. Qu’est-ce qu’une bobine ? …………………………………………………………………………………………………… 1- Brancher une bobine de petite taille sur un ampèremètre. 2- Déplacer un aimant près de la bobine : retirer l’aimant et l’éloigner par exemple. Que constatez-vous ? Cette bobine n’est pas liée à un générateur. Quelle est la grandeur physique mesurée par l’ampèremètre ? Que peut-on conclure de la constatation précédente ? 1- Brancher la grande bobine sur l’oscilloscope sans changer les réglages de ce dernier. 2- Allumer l’oscilloscope pour voir un spot et attendre qu’il soit le plus stable possible. 3- Enrouler le fil de l’aimant et le faire tourner près de la bobine. Que constatez-vous ? Compléter l’écran de l’oscilloscope. Comment fonctionne l’alternateur d’une centrale électrique ? Regardez ce que Zouzou vous cache sous la table ! L’ALTERNATEUR Description L'alternateur est un appareil destiné à produire une tension variable (alternative sinusoïdale). Son fonctionnement est proche de celui d'une génératrice de bicyclette. 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 l'alternateur par l'intermédiaire d'un système d'engrenages. Rotor et stator de l’alternateur de la centrale thermique classique de Porcheville (Yvelines) Un alternateur est constitué principalement de deux parties : 1. Un aimant ou électroaimant (rotor : partie en rotation) 2. Une bobine (stator : partie fixe) Un galet permet l’entraînement du rotor. Cette fonction est assurée par la turbine dans une centrale électrique. Fonctionnement La bobine d’un alternateur est constituée d’un fil en cuivre entouré autour de lui-même. Elle est constituée de spires. Lorsque l’on fait tourner (par énergie mécanique) l’aimant de l ‘alternateur a l’intérieur de la bobine fixe, il apparaît une tension variable (énergie électrique) aux bornes de cette dernière. Un alternateur convertit l’énergie mécanique en énergie électrique. L’ensemble galet-alternateur transforme du mouvement en électricité, c’est un convertisseur. Pour comprendre comment marche un alternateur 1. Montage Branchons les deux bornes d’une bobine de laboratoire sur l’entrée et la masse d’un oscilloscope. Cet appareil nous permet de visualiser une tension électrique et de la mesurer. A l’aide d’un moteur ou une perceuse, faisons tourner un aimant à proximité de la bobine. 2. Constatations et interprétation Une courbe apparaît sur l’écran de l’oscilloscope : c’est la forme de la tension aux bornes de la bobine. Aimant On constate que cette tension varie en fonction du Oscilloscope temps. C’est une tension alternative : elle reprend Bobine les mêmes valeurs alternativement. L’aimant possède un champs magnétique qui induit un courant (une tension) dans la bobine. Ce phénomène s’appelle l’induction. PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ DANS UNE CENTRALE Production d’électricité La vie de l’homme actuel est difficilement envisageable sans électricité. Il est donc nécessaire d’élaborer des centrales électriques pour la produire. Ces centrales produisent de l’énergie électrique elle-même issue d’une transformation : une autre sorte d’énergie (énergie mécanique) s’est transformée en énergie électrique. Toutes les centrales produisent de l’énergie électrique à l’aide d’un alternateur. L’alternateur est un convertisseur d’énergie. Diagramme d’énergie Energie mécanique Alternateur Energie électrique Energie perdue Les éléments indispensables à la production de l’électricité dans une centrale sont : Une turbine en mouvement de rotation Un alternateur entraîné par la turbine L’alternateur est un point commun à toutes les centrales électriques. Différents types de centrales électriques Le fonctionnement de l’alternateur nécessite une source d’énergie, appelée source primaire qui diffère suivant le type de centrale. Centrale thermique 1. Dans une centrale thermique à flamme l’alternateur prend son énergie mécanique de rotation, de la combustion de charbon, de fioul ou de gaz naturel. 2. Dans une centrale thermique nucléaire, l’énergie de rotation provient d’une réaction nucléaire (la fission contrôlée des atomes d’uranium 235). 3. Les centrales hydroélectriques utilisent l’énergie mécanique de l’eau en mouvement. L’eau d’un barrage fait tourner une turbine qui, à son tour, entraîne l’alternateur. Cette eau peut provenir également des marées. 4. Les centrales à éoliennes associent ces dernières pour produire l’énergie mécanique nécessaire à l’alternateur à partir de l’énergie mécanique fournie par le vent. Les sources primaires en énergie fossile (pétrole, gaz naturel et charbon) ne sont pas renouvelables à l’échelle humaine. Par contre les énergies hydraulique et éolienne constituent des sources d’énergie renouvelables (inépuisables). Chaudière ou Réacteur Centrale hydroélectrique Lac de retenue Barrage Canal de fuite
