Document élève à compléter

Activité N°3 d’Enseignement Transversal
Formes et caractéristiques
Groupe N°…
des énergies
_________________
 Thermique
 Electrique
 Mécanique
_________________
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 Lumineuse
Date :
Rappels généraux sur les notions de puissance et d’énergie
Définition de l’énergie (en physique) :
Unité (SI) :
Autres unité possibles :
Définition de la puissance (en physique) :
Unité (SI) :
Autres unité possibles :
Relations entre énergie et puissance :
Rappel des fondamentaux sur l’énergie thermique
Expliquez les 3 types de transferts thermiques (illustrez vos propos par des dessins, schémas,
images…)
Rappel des fondamentaux sur l’énergie thermique
Complétez les informations (nom et unité) ci-dessous pour chaque grandeur caractéristique
utilisée dans l’étude thermique d’une habitation en suivant l’exemple de « e ».
e : épaisseur du matériau isolant en mètre (m)
R:
U:
λ :
Notez toutes les relations qui lient ces grandeurs :
Application sur l’approche thermique d’une habitation
Complétez le tableau ci-dessous pour une épaisseur du matériau de 20 cm :
matériaux
Béton
Acier
liège
Béton
cellulaire
paille
Conductivité thermique (λ)
Calcul permettant de trouver « R »
R
Application sur l’approche thermique d’une habitation
Identifiez sur la maquette « VMC double flux » les trois matériaux
d’isolation visibles.
1
2
Recherchez dans des documents techniques le lambda (λ) de chacun
d’eux
Mesurez l’épaisseur de ces matériaux et calculez « R » pour chacun
d’eux.
Complétez le tableau ci-dessous.
Repères
1
2
3
Matériau et épaisseur
λ
Calcul pour trouver R
R
3
Application sur l’approche thermique d’une habitation
Reprenez la résistance thermique correspondant à 20cm de paille et donner l’épaisseur d’acier
qu’il faudrait pour obtenir cette même résistance thermique (détaillez le calcul) :
Calculez les résistances thermiques de ces
deux murs (détaillez le calcul) :
Mur béton cellulaire de 25 cm :
Mur composé :
Conclusion sur l’approche thermique d’une habitation
Rédigez une conclusion de quelques lignes sur ce que vous pouvez retirer de l’approche
thermique d’une habitation d’un point de vue économique, social et environnemental.
Rappel des fondamentaux sur l’énergie électrique
Notez ci-dessous le symbole, le nom et l’unité de chaque grandeur caractéristique utilisée en
électricité.
Notez toutes les relations qui lient ces grandeurs :
Rappel des fondamentaux sur l’énergie électrique
Expliquez a quoi correspondent les pertes par effet joule. Illustrez vos propos par un schéma, une
image ou un dessin ?
Expliquez en quoi il est important de dimensionner correctement les fils électriques (section en
mm²) dans une habitation selon la charge utilisée:
Application sur l’approche de l’énergie électrique
Relevez sur le compacteur BIGBELLY les valeurs ci-dessous lors d’un déplacement dans le vide
(indiquez les unités).
U:
I:
Calculez la puissance consommée par le moteur lorsqu’il se déplace dans le vide (précisez le
calcul et les unités) :
P:
mesurez le temps de descente dans le vide (indiquez l’unité)
t:
Calculez l’énergie (en Joules) utilisée pour cette phase de fonctionnement (descente dans le
vide).
E:
Application sur l’approche de l’énergie électrique
Relevez sur le compacteur BIGBELLY les valeurs maximales pour les grandeurs ci-dessous
(indiquez les unités).
U:
I:
Calculez la puissance consommée par le moteur à ce moment (précisez le calcul et les unités) :
P=
Expliquez à quel moment ces valeurs sont atteintes et expliquez pourquoi ?
Application sur l’approche de l’énergie électrique
Proposez une procédure permettant de mesurer la puissance
consommée par la maquette de l’axe z pendant la montée (avec
la masse de la photo ci-contre). Utilisez les photos ci-contre pour
illustrez vos propos et précisez les réglages nécessaires :
Réalisez les mesures en présence du professeur et relevez les grandeurs :
Pe1 =
mesurez le temps de montée avec la charge : t =
Calculez l’énergie (en Joules) utilisée pour cette phase de fonctionnement
(montée en charge).
Ee1 =
Application sur l’approche de l’énergie électrique
Proposez une procédure permettant de mesurer les grandeurs
électrique nécessaires au calcule la puissance électrique
absorbée par le moteur électrique de la maquette « axe z »
pendant la montée (avec la masse de la photo ci-contre) à l’aide
d’un multimètre (utilisez les photos ci-contre pour illustrez vos
propos et précisez les réglages nécessaires) :
Application sur l’approche de l’énergie électrique
Après avoir vérifié que la maquette de l’axe z n’est pas reliée au secteur (prise débranchée),
montrez au professeur votre procédure de prise de mesure permettant de calculer la puissance
absorbée par le moteur dans la phase de montée.
Réalisez les mesures en présence du professeur et relevez les grandeurs :
U:
I:
Calculez la puissance consommée par le moteur lorsqu’il se déplace dans le vide (précisez le
calcul et les unités) :
Pe2 =
mesurez le temps de montée avec la charge
t:
Calculez l’énergie (en Joules) utilisée pour cette phase de fonctionnement (montée en charge).
Ee2 =
Rappel des fondamentaux sur l’énergie mécanique
Notez ci-dessous le symbole, le nom et l’unité de chaque grandeur caractéristique utilisée en
mécanique (translation et rotation).
Notez toutes les relations qui lient ces grandeurs :
Rappel des fondamentaux sur l’énergie mécanique
Expliquez a quoi correspondent les pertes par frottement dans un système mécanique. Illustrez
vos propos par un schéma, une image ou un dessin ?
Expliquez en quoi il est important dans certains systèmes mécaniques d’avoir recours à un
système de refroidissement (donnez un exemple).
Application sur l’approche de l’énergie mécanique
Sur la photo de la maquette
« AXE Z » identifiez les
éléments suivants :
 la charge,
 le moteur électrique,
 le dispositif de
transmission de
l’énergie,
 le coffret électrique.
Application sur l’approche de l’énergie mécanique
Décrivez ci-dessous les étapes de mise en service de la maquette
« AXE Z » en utilisant les photos proposées :
1. …
2. …
Application sur l’approche de l’énergie mécanique
Mesurez la masse de la charge appliqué sur la maquette « axe z » :
m = …. Kg
Effectuez les manipulations suivantes sur la maquette « axe z » En mode « manuel » :
Faites un essai de fonctionnement. La charge étant dans sa position la plus basse, chronométrez
la durée d’une montée complète :
t = ….. secondes
Mesurez la hauteur maximale de déplacement de la charge : h =
….. cm = ……. m
Donnez l’expression de la vitesse de déplacement v en fonction de la durée t et de la hauteur h :
v = ….
Calculez la vitesse de déplacement de la charge (formule littérale, application numérique, résultat et unité.)
v=
Application sur l’approche de l’énergie mécanique
A partir des mesures et calculs précédents calculez l’énergie mécanique nécessaire au
déplacement de la masse.
Précisez pour chaque calcul la formule littérale, l’application numérique, les résultat et les
unités.)
Ec =
Ep =
Vous pouvez désormais calculer l’énergie mécanique Em :
Em =
Estimez la puissance minimale que le moteur doit fournir pour pouvoir faire monter cette charge
si on néglige les pertes (précisez vos calculs) :
Rappel des fondamentaux sur l’énergie lumineuse
Notez ci-dessous le symbole, le nom et l’unité de chaque grandeur caractéristique utilisée dans le
domaine de l’énergie lumineuse
Notez toutes les relations qui lient ces grandeurs :
Rappel des fondamentaux sur l’énergie lumineuse
Rappelez les longueurs d’onde visibles par l’être humain (illustrez vos propos pas un dessin, un
schéma ou une image)
Identifiez sur le banc d’essai représenté ci-dessus au moins quatre types de lampes différentes :
-
Application sur l’approche de l’énergie lumineuse
Complétez le tableau ci-dessous à l’aide des emballages des lampes 1 à 5 :
Flux lumineux en lm
Classement du flux au flux 
Lampe N°1
Lampe N°2
Lampe N°3
Lampe N°4
Lampe N°5
Mesurez la puissance électrique consommée par chacune des lampes 1 à 5 et comparez avec les
indications disponibles sur l’emballages :
Puissance relevée (watts)
Lampe N°1
Lampe N°2
Lampe N°3
Lampe N°4
Lampe N°5
Puissance indiquée sur l’emballage (watts)
Application sur l’approche de l’énergie lumineuse
Que pouvez-vous conclure suite aux informations relevées précédemment sur l’efficacité
lumineuse des lampes 1 à 5 ?
Identifier les pertes dans
une machine à courant continu
Un moteur synchrone est constitué d’un rotor
(partie tournante) et d’un stator (partie fixe)
qui sont tous les deux constitués
d’enroulements de fils de cuivre. Ces
enroulements ont une résistance électriques
notée Re pour le stator et Ri pour le rotor.
Schéma électrique correspondant
à un moteur synchrone
Identifier les pertes dans
une machine à courant continu
Complétez le schéma ci-dessous en indiquant les grandeurs caractéristiques (cadres rouges) et les
formes d’énergies (cadres bleus)
Ue
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
Calcul du rendement d’une machine
à courant continu
Complétez la formule littérale du rendement d’un moteur (précisez les unités) :
η=
Les valeurs suivantes ont été relevées sur un moteur à courant continu à aimant permanent :
En entrée :
Ue = 120 V
En sortie : Cm (couple moteur) : 110 daNm
Ie : 10 A
N : vitesse de rotation : 10 tr/min
Calculez la puissance absorbée par le moteur : Pa =
Recherchez la formule permettant de calculer la vitesse angulaire du moteur (ωm) en rad/s à
partir de la vitesse de rotation en tr/min :
ωm(rad/sec) =
Indiquez le couple moteur selon l’unité SI : Cm
=
Calculez la puissance utile en sortie du moteur : Pu =
Calculez le rendement du moteur : η =
Caractéristiques des énergies
du compacteur BIGBELLY
Panneau solaire
Régulateur
Batterie
Moteur
Réducteur
Relais
Convertir
Repère 1
Adapter
Repère 2
Stocker
Distribuer
Repère 3
Convertir
Repère 4
Transmettre
Repère 5
Identifiez pour chacun des repères (1 à 5) les formes d’énergies et relevés les valeurs des
grandeurs caractéristiques de ces énergies (illustrez vos propos par des captures d’écran, des
photos…)
Pour cela, créez une diapositive par repère.
Rendement de la maquette de l’axe z
A l’aide des valeurs (Ee1, Ee2 et Em) calculées précédemment calculez les rendements suivants :
1 : Rendement de la partie « alimentation, commande et distribution » de la maquette :
η1 =
2 : Rendement du moto réducteur + transmission mécanique :
η2 =
3 : Le rendement total de la maquette
ηtotal =
Rendement de la maquette de l’axe z
Selon vous, sur quel partie du système serait-il pertinent d’agir pour améliorer le rendement
du système ? Justifiez votre réponse.