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1ère S
Lycée Louis Massignon
www.physiquechimie-llm.com
2013-2014
CHAPITRE 21: PRODUCTION ET TRANSPORT DE L’ENERGIE ELECTRIQUE
1. Le tp : Pile et effet Joule
Problématique
« Toute l’énergie chimique d’une pile est-elle convertie en énergie électrique ? »
Matériel
une pile plate 4.5V, deux multimètres, un rhéostat, une résistance de protection Rp.
Le montage expérimental
Le rhéostat est une résistance variable dont les valeurs
possibles sont comprises entre 0 et une valeur maximale.
Pour comprendre comment fonctionne la pile, il nous faut
identifier ses points de fonctionnement, c'est-à-dire les
couples de valeurs tension-intensité possibles au niveau de ce
composant.
On note U la tension aux bornes de la pile et I l’intensité du
courant qu’elle débite.
Conclusion
Une résistance est un élément du circuit qui dissipe l’énergie électrique sous forme de chaleur. Ce
phénomène s’appelle « l’effet Joule ». Il est exploité dans les appareils de chauffage électrique.
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2. Le cours
I.
Les ressources énergétiques
Les ressources énergétiques sont diverses et elles se différencient notamment par leurs origines et leurs durées
caractéristiques.
Les ressources non renouvelables sont utilisées dans plus de 80/100 de la production mondiale d’énergie.
Elles s’épuisent car leurs durée de formation est très supérieure à leur durée d’exploitation.
Les ressources renouvelables ne s’épuisent pas lorsqu’elles sont exploitées. Elles sont disponibles et
régénérables.
II.
Les contraintes de production et les différents types de réservoirs
Une des difficultés de la production d’énergie est que la demande n’est pas constante, et qu’elle doit être satisfaite
lorsqu’elle existe. D’où la nécessité de stocker de l’énergie.
Les dispositifs de production utilisant les éoliennes et les panneaux photovoltaïques, par exemple, ne peuvent pas
stocker d’énergie.
Toute utilisation d’énergie nécessite qu’elle soit disponible dans des réservoirs d’énergie qui ont l capacité
de la stocke.
Les réservoirs peuvent être les hydrocarbures(le pétrole, l’essence, le gaz naturel…), l’uranium, les batteries, les
piles, l’eau d’un barrage … mais aussi les aliments que nous consommons ou la bosse d’un chameau.
Notre principal réservoir d’énergie est le soleil, dont dérive bon nombre de ces réservoirs secondaires.
III.
Production de l’électricité
L’électricité n’est pas une forme d’énergie stockée mais un mode de transfert d’énergie. Parler d’énergie
électrique est un abus de langage qui désigne l’énergie transférée par transfert électrique.
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Pour l’heure, la grande majorité de l’électricité produite dans le monde
vient de la combustion de ressources fossiles (pétrole, charbon, gaz) ;
productrice du gaz à effet de serre.
Les centrales électriques thermiques brûlent des ressources fossiles ou
utilisent la fission de l’uranium (centrale nucléaire) pour chauffer de
l’eau. Celle-ci mise sous pression, fait tourner des turbines et un
alternateur qui produit de l’électricité. Il est aussi possible de produire
de l’électricité sans utiliser de transfert thermique : éolienne, barrage,
cellules photovoltaïques, piles.
IV.
La chaine énergétique
Définition : une chaine énergétique permet de décrire les transferts et conversion d’énergie.
On utilise la représentation suivante :
 Les réservoirs stockent l’énergie et sont représentés par un rectangle.
 Les convertisseurs d’énergie reçoivent autant d’énergie qu’ils en fournissent et sont représentés par
des cercles.
 Les transferts sont représentés par des flèches.
Chaque élément de la chaine énergétique est légendé en indiquant le
nom du système et le mode de transfert.
V.
La puissance électrique (rappel)
Fig.6
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La puissance électrique fournie par un générateur ou reçue par un récepteur s’exprime par la même
relation :
P=U.I
P : puissance en watts(w) ; U : tension en volts(V) et I : intensité du courant en Ampère (A).
VI.
Energie transférée par chaleur dans un conducteur : effet Joule
Définition : l’effet Joule est le phénomène de transfert thermique vers l’environnement effectué par tous
conducteur traversé par un courant.
L’effet Joule est mis à profit pour les radiateurs, plaques chauffantes, bouilloires électriques, fusibles, etc. En
revanche, il représente souvent de l’énergie perdue par rapport à l’usage souhaité : par exemple pour les
ordinateurs, les ampoules, les fils électriques, les moteurs…L’effet Joule correspond alors à une dégradation
d’énergie.
Dans le cas d’un conducteur ohmique ; de résistance R traversé par un courant
d’intensité I, la tension U à ses bornes est donnée par la loi d’Ohm :
U=R.I
On déduit l’expression de la puissance dissipée par effet Joule Pj=R.I²
Pour le transport de l’électricité, on utilise la haute tension afin
de réduire l’effet Joule.
En effet (une démonstration est attendue de l’élève) ;
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