Electricité Electricity

Electricité
Electricity
Réf :
332 016
Français – p 1
English – p 7
Version : 8007
Lampe écologique
Ecological Lamp

Electricité
Lampe écologique
Réf :
332 016
FRANÇAIS 1
1 Généralités
1.1 But de l’appareil
La lampe écologique est conçue pour illustrer expérimentalement la
production d’énergie électrique par transformation de l’énergie mécanique.
Elle met en évidence de façon très explicite et permet d’appréhender
qualitativement le fait que l’énergie mécanique à fournir à l’alternateur est
d’autant plus grande que l’énergie électrique qu’il doit produire est plus
importante.
1.2 Description
L’action mécanique est réalisée par une manivelle qui met en rotation
l’alternateur par l’intermédiaire d’un ensemble d’engrenages qui démultiplient
le mouvement.
Le générateur est relié à un culot E10 de lampe et, en dérivation, à une prise à
laquelle se branche un câble muni de pinces crocodiles à connecter à un
oscilloscope ou à une interface pour une exploitation du signal fourni.
On peut brancher ou non la lampe à incandescence et comparer les efforts
musculaires qu’il faut fournir pour assurer la rotation de l’alternateur.
Remarque : Par l’intermédiaire du câble, on peut brancher un petit moteur et
montrer la réversibilité électromagnétique qui existe entre un alternateur et un
moteur.
1.3 Composition
c
d
e
f
g
h
i
c
Manivelle
d
Système d’entraînement par engrenages
e
Alternateur
f
Culot E10
g
Ampoule à incandescence 6 V ; 0,5 A
h
Prise (+ cordon de raccordement)
i
Poignée

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1.4 Caractéristiques techniques
L’alternateur et le système d’entraînement par engrenages sont placés dans
un boîtier en plastique transparent muni d’une poignée, ce qui assure une
parfaite visibilité du mécanisme et une bonne préhension de l’ensemble.
La manivelle en plastique est clipsée à l’axe solidaire de l’engrenage
d’entraînement.
La lampe à incandescence vissée au culot E10 a pour caractéristiques : 6 V ;
0,5 A.
Les dimensions de la lampe écologique sont : 160 x 110 x 40 mm
2 Mise en œuvre
2.1 Production d’énergie électrique par
transformation de l’énergie mécanique
c d
2.1.1 Expérience avec une ampoule vissée c
On branche la lampe à incandescence aux bornes de l’alternateur. On met
l’alternateur en rotation en lui fournissant de l’énergie mécanique (effort
musculaire). On observe que la lampe s’allume – quel que soit le sens de
rotation de la bobine – ce qui signifie qu’elle reçoit de l’énergie électrique.
Ainsi l’énergie mécanique reçue par l’alternateur est convertie en d’énergie
électrique.
2.1.2 Expérience sans ampoule vissée d
On dévisse la lampe à incandescence et on met l’alternateur en rotation. On
constate que l’effort musculaire -et donc l’énergie mécanique fournie- est
moins important que dans l’expériencec.
2.1.3 Conclusion
L’énergie mécanique qu’il faut fournir dépend de l’énergie électrique
consommée par le récepteur (ici, la lampe à incandescence).

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2.2 Mise en évidence de la dépendance entre
l’énergie mécanique produite et l’énergie
électrique consommée
e f
On peut mettre en évidence l’énergie mécanique à produire pour générer
l’énergie électrique consommée par l’ampoule à incandescence en accrochant
une masse marquée (voisine de 200 g) sur la manivelle.
La manivelle étant en position basse, on la tourne pour la positionner
horizontalement :
Dans l’expérience e, avec une ampoule vissée, la manivelle reste dans sa
position ce qui signifie que l’énergie de position de la masse marquée est
insuffisante pour vaincre les frottement et produire de l’énergie électrique.
Dans l’expérience f, sans ampoule vissée, la manivelle tourne sous l’effet du
poids de la masse marquée. L’énergie de position est suffisante pour vaincre
les frottements.
2.3 Tension générée aux bornes de l’alternateur
On branche les bornes de l’alternateur à une interface reliée à l’ordinateur par
l’intermédiaire du câble fourni, on tourne la manivelle et on obtient :

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On observe que :
1. La tension à vide est en moyenne plus grande que celle en charge à
vitesse de rotation sensiblement identique.
En charge, l’énergie mécanique est transformée par l’alternateur en
rotation, d’une part, en énergie électrique et, d’autre part, en énergie
thermique. Cette perte par effet Joule a pour effet d’abaisser la tension.
2. La tension électrique produite est variable mais elle est toujours soit
positive soit négative selon le sens de rotation de l’alternateur. Cela est
dû à la présence d’un collecteur qui change le sens de la tension à
chaque demi tour de bobine.
2.4 De la lampe au moteur : réversibilité alternateur
- moteur
L’énergie électrique produite par l’alternateur peut être transformée également
en énergie mécanique dans un moteur.
On branche un moteur muni d’une hélice par l’intermédiaire du câble. La
chaîne énergétique obtenue est :
Énergie mécanique (effort musculaire + manivelle)
→ énergie électrique
(alternateur)
→ Énergie mécanique (moteur).
Cette expérience permet de montrer la réciprocité électromagnétique qui
existe entre l’alternateur et le moteur :
- Un courant dans un champ magnétique produit un déplacement du
conducteur (loi de Laplace) : c’est le principe du moteur.
- Le déplacement d’un conducteur dans un champ magnétique produit
un courant induit, ce qui fait que le conducteur devient un générateur :
c’est le principe de l’alternateur.
Le moteur et l’alternateur sont des dipôles identiques, qui se traduisent par le
schéma suivant :