production_et_conversion_d_energie_puissance_loi_d_ohm

Groupe recherche formation-Strasbourg
Fiche professeur
Thème du programme : Agir. Défis du XXIe
siècle.
Sous thème : Convertir l’énergie et
économiser les ressources.
B e s o i n s é n e r g é t i q u es e t l e u r q u a n t i f i c a t i o n
Type d’activité : Activités documentaires, vidéos et expérimentales.
Conditions de mise en oeuvre : Etude de documents (papiers ou sur sites Internet) présentant
les différences entre générateur et récepteur ainsi que leurs conversions
Démarche expérimentale pour l’effet Joule, la tension aux bornes : générateur, récepteur.
Pré- requis :
 Nature du courant électrique.
 Générateur et récepteur.
 Unités.
 Puissance et énergie électrique.
NOTIONS ET
CONTENUS
COMPETENCES ATTENDUES
Production de l’énergie
électrique ; puissance.
Conversion d’énergie dans
un générateur, un
récepteur. Loi d’Ohm. Effet
Joule.
Notion de rendement de
conversion.
Distinguer puissance et énergie.
Connaître et utiliser la relation liant puissance et énergie.
Connaître et comparer des ordres de grandeur de puissances.
Schématiser une chaîne énergétique pour interpréter les conversions d’énergie
en termes de conservation, de dégradation.
Pratiquer une démarche expérimentale pour :
- mettre en évidence l’effet Joule ;
- exprimer la tension aux bornes d’un générateur et d’un récepteur en fonction de
l’intensité du courant électrique.
Recueillir et exploiter des informations portant sur un système électrique à basse
consommation.
Compétences transversales : (préambule du programme et socle commun)
- Rechercher, extraire, organiser des informations utiles.
- Raisonner, argumenter, démontrer.
- Présenter la démarche suivie, les résultats obtenus, communiquer à l’aide
d’un langage adapté.
Mots clés de recherche : mouvement, énergie potentielle, thermique et cinétique.
Adresses sites intéressants :
http://activites.edf.com/edf-dans-le-monde/toutes-nos-activites-en-3d-41412.html
Toutes formes de production d’énergie électrique.
http://www.ecosources.info/actualites/10006_Solution_defi_energetique_solaire_eolien_deser
t_sahara On y fait état du transport de l’énergie : technologie HVDC (High Voltage Direct
Current).

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A) Production d’énergie électrique
I] A partir du mouvement
L’alternateur
http://fr.wikipedia.org/wiki/G%C3%A9n%C3%A9rateur_%C3%A9lectrique
questions a) et b).
a) Citer le dispositif
fournissant de l’énergie
électrique
b) Citer le dispositif
convertissant l’énergie
électrique en un autre type
d’énergie que vous préciserez.
c) Schématiser la chaîne
énergétique en précisant les
différentes conversions
d’énergie.
d) Schématiser la chaîne
énergétique en précisant les
différentes conversions
d’énergie et notamment la
nature du courant électrique
obtenu.
Animations pédagogiques :
http://www.edf.com/html/panorama/transversal/media_nuc/anim_turboal
tern.html question c).
http://www.tpmaint.com/doselectri/alternateur.htm questions d).
1) L’hydraulique –énergie potentielle de l’eau source du mouvement
a) Schématiser la chaîne
énergétique en précisant les
différents types d’énergie et
les différentes conversions
d’énergie.
b) Comment augmenter la
puissance d’une telle centrale
électrique ?
http://www.edf.com/html/panorama/production/industriels/renouvel
able/hydro/fonctionnement.html

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2) La chaleur énergie calorifique - source du mouvement
a) Pour chaque partie (1 2 3 4) de
l’animation, identifier :
- l’énergie source
- le type de conversion de cette énergie.
- la nature de l’énergie transformée.
- le type de pertes d’énergie.
b) Comment l’incinération des ordures
ménagères peut être rentabilisée ?
c) Expliquer pourquoi trouve-t-on des serre
à proximités des centrales thermiques.
d) Indiquer parmi ce (ces) secteur(s) de
consommation d’énergie celles qui peuvent
être le plus facilement remplacé(s) par des
systèmes solaires.
Explication du fonctionnement d’une centrale
thermique :
http://clemspcreims.free.fr/Simulation/fonctionnemen
t_centrale_thermique.swf
II] Energie électrique - puissance.
A partir des documents précédents :
1. Que représente l’énergie, précisez l’ordre de grandeur ainsi que son unité
2. Quelle relation entre l’énergie et la puissance, précisez l’ordre de grandeur correspondante
ainsi que l’unité de cette dernière.
3. Pouvez vous en déduire une relation littérale simple entre ces deux grandeurs physiques ?
B) Etude d’un générateur électrique
1) Relation entre tension et intensité électrique : loi d’Ohm
a) Donnez exemples de générateurs dans la vie courante.
Accumulateur électrique, pile électrochimique, batterie.
b) Proposez un protocole expérimental permettant d’illustrer la variation de la tension
électrique U (PN), aux bornes du générateur choisi, en fonction de l’intensité débitée par ce
même générateur.
Tracez la courbe permettant d’expliquer le fonctionnement de ce générateur. (Vous pouvez
utiliser regressi ou excel)
c) Conclure.
Schéma expérimental :

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La tension U PN aux bornes d’un générateur, délivrant un courant d’intensité I, qui le traverse
de N vers P, est donnée par la relation :
U PN = E - r·I
I intensité en ampère A
U PN tension aux bornes du générateur en volt V
E (f.e.m en volt V) force électromotrice
Tension à vide du générateur
ou tension aux bornes du générateur lorsqu’il ne
délivre aucun courant.
r Résistance interne du générateur en ohm Ω
Cette relation exprime l’équation de la partie linéarisée de la caractéristique intensité – tension
d’un générateur : c’est un modèle.
2) Bilan énergétique
Le générateur est un convertisseur d’énergie. Il convertit une partie de l’énergie qu’il reçoit en
énergie électrique.
Énergie fournie par le générateur, qui délivre un courant d’intensité I qui le traverse de N vers
P, pendant la durée t est :
WE = U PN·I·Δt = (E - r·I)·I·Δt
WE = E·I·Δt - r·I2·Δt
Où: W g = E ·I·Δt est l’énergie fournie par le générateur idéal (sans résistance interne).
W J = Q J = r·I 2·Δt est l’énergie due à la perte par effet Joule ou énergie thermique
 Synthèse:
W E = U PN · I · Δt
Énergie électrique transférée du générateur au reste du circuit
C’est l’énergie disponible aux bornes du générateur
et pouvant être utilisée par les différents dipôles.
W g = E · I · Δt
Énergie totale du générateur : énergie reçue par le convertisseur.
W J = Q J = r · I 2· Δt
Énergie électrique dissipée par effet joule à l’intérieur du générateur
Principe de conservation de l’énergie : W E = W g - W J où W g = W E + W J

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Modélisation:
3) Rendement d’un générateur
Le rendement d’un générateur est le rapport de l’énergie utile W E par l’énergie totale Wg
Le rendement est un nombre, il n’a pas d’unité.
toujours inférieur à 1 : η < 1
ou en pourcentage : η < 100 %.
4) Bilan de puissance
La conservation de l’énergie s’effectue pendant la durée Δt.
Jug WWW 
tIrtIUtIEW PNg 2
ttIrtIU ttIE t
W
PPN
g
g
2
2
IrIUIEP PNg
JEg PPP 