QCM : Alternateurs et rendements énergétiques (11 questions)

Question 1

1. Une résistance de $0{,}20\,\Omega$ est parcourue par un courant de $5\,\mathrm{A}$ . Quelle puissance est dissipée par effet Joule ?

1\,\mathrm{W}

5\,\mathrm{W}

0{,}8\,\mathrm{W}

25\,\mathrm{W}

Explication

La puissance dissipée par effet Joule se calcule avec $P_J=RI^2$ , donc $0{,}20\times 5^2=5\,\mathrm{W}$ . Le résultat $1\,\mathrm{W}$ vient de $UI$ , $25\,\mathrm{W}$ omet le facteur $R$ et $0{,}8\,\mathrm{W}$ élève la résistance au carré.

Answer

$$5\,\mathrm{W}$$

Question 2

2. Un alternateur fournit une puissance utile de $840\,\mathrm{W}$ pour une puissance reçue de $1\,200\,\mathrm{W}$ . Quel est son rendement ?

360\,\mathrm{W}

1{,}43

, soit environ

143\,\%

0{,}30

, soit

30\,\%

0{,}70

, soit

70\,\%

Explication

Le rendement est le rapport de la puissance utile à la puissance reçue : $\eta=840/1\,200=0{,}70$ , soit $70\,\%$ . La valeur supérieure à 1 inverse le rapport, $360\,\mathrm{W}$ est la différence des puissances et $30\,\%$ correspond à cette différence rapportée à la puissance reçue.

Answer

$$0{,}70$$, soit $$70\,\%$$

Question 3

3. Un aimant et une bobine restent immobiles l’un près de l’autre. Quelle indication donne l’ampèremètre relié à la bobine ?

0\,\mathrm{A}

, car aucun courant induit n’est produit

Une valeur non nulle, car l’aimant crée un champ magnétique

Une valeur non nulle, car l’induction ne dépend pas du mouvement

Une valeur non nulle, car la bobine est reliée à l’ampèremètre

Explication

Un aimant fixe près d’une bobine fixe ne produit pas de courant induit : l’ampèremètre indique $0\,\mathrm{A}$ . La présence d’un champ n’implique pas qu’il varie, et l’ampèremètre ou l’immobilité ne crée pas le courant.

Answer

$$0\,\mathrm{A}$$, car aucun courant induit n’est produit

Question 4

4. Une élève rapproche un aimant d’une bobine immobile. Quel phénomène explique l’apparition d’un courant dans la bobine ?

La résistance de la bobine transforme le mouvement en courant

Le champ magnétique varie et induit un courant dans la bobine

Le champ magnétique reste constant et produit le courant

Le courant dans la bobine crée le déplacement de l’aimant

Explication

Le rapprochement de l’aimant rend le champ magnétique variable, ce qui induit un courant dans la bobine. Un champ constant ne rend pas compte de l’induction, et ni le courant ni la résistance ne sont la cause du mouvement de l’aimant.

Answer

Le champ magnétique varie et induit un courant dans la bobine

Question 5

5. Que désigne le stator dans un alternateur ?

Le circuit extérieur qui reçoit la tension alternative produite par l’alternateur

La partie mobile portant l’aimant qui crée le champ magnétique variable

La partie fixe formée d’une ou plusieurs bobines où apparaît le courant induit

Le dispositif qui entraîne l’arbre et fournit l’énergie mécanique à l’alternateur

Explication

Le stator est la partie fixe de l’alternateur et ses bobines sont le siège du courant induit. Le rotor, lui, est la partie mobile qui porte l’aimant et produit le champ magnétique variable.

Answer

La partie fixe formée d’une ou plusieurs bobines où apparaît le courant induit

Question 6

6. À 50 % du débit maximal, quel est le rendement de l’alternateur si le rendement global du turboalternateur est de 82 % et celui de la turbine de 92 % ?

Environ 75 %

Environ 89 %

Environ 92 %

Environ 82 %

Explication

Le rendement global étant le produit des rendements de la turbine et de l’alternateur, celui de l’alternateur vaut environ $0{,}82 / 0{,}92 [0m=0{,}89$ , soit 89 %. Le rendement de 92 % correspond à celui de la turbine, pas à celui de l’alternateur.

Answer

Environ 89 %

Question 7

7. Quel rôle jouent les pertes thermiques dans le rendement d’un alternateur ?

Elles transforment la chaleur ambiante en énergie mécanique supplémentaire.

Elles réduisent la part de l’énergie reçue convertie en énergie électrique utile.

Elles augmentent la puissance électrique utile produite par l’alternateur.

Elles maintiennent le rendement à sa valeur maximale lorsque l’alternateur chauffe.

Explication

Les pertes thermiques, notamment celles dues à l’effet Joule, dissipent une partie de l’énergie reçue et empêchent le rendement d’atteindre 1. L’échauffement ne maintient pas le rendement à sa valeur maximale : il correspond à une perte énergétique.

Answer

Elles réduisent la part de l’énergie reçue convertie en énergie électrique utile.

Question 8

8. En quoi les pertes par effet Joule diffèrent-elles des pertes dues aux frottements mécaniques dans un alternateur ?

Les pertes par effet Joule échauffent les fils parcourus par le courant, tandis que les frottements échauffent les pièces en mouvement.

Les pertes par effet Joule produisent une énergie mécanique, tandis que les frottements produisent une énergie électrique.

Les pertes par effet Joule proviennent de l’aimant en rotation, tandis que les frottements sont dus au courant dans les fils.

Les pertes par effet Joule ralentissent le rotor, tandis que les frottements créent le courant électrique dans les bobines.

Explication

L’effet Joule correspond à l’échauffement des fils traversés par un courant, alors que les frottements mécaniques peuvent échauffer les pièces en mouvement. Les frottements ne sont pas à l’origine du courant induit dans les bobines, qui est lié à la variation du champ magnétique.

Answer

Les pertes par effet Joule échauffent les fils parcourus par le courant, tandis que les frottements échauffent les pièces en mouvement.

Question 9

9. Que provoque la rotation du rotor dans la bobine fixe d’un alternateur ?

Elle rend le champ magnétique constant et arrête le courant dans la bobine.

Elle déplace la bobine avec le rotor et produit une tension périodique.

Elle échauffe la bobine par frottement et crée une tension continue.

Elle fait varier le champ magnétique et induit un courant dans la bobine.

Explication

La rotation de l’aimant du rotor fait varier le champ magnétique traversant la bobine fixe, ce qui y induit un courant. Un champ magnétique constant, contrairement à ce que suggère un distracteur, ne produit pas ce courant induit.

Answer

Elle fait varier le champ magnétique et induit un courant dans la bobine.

Question 10

10. Pour évaluer le rendement d’un alternateur lors d’un essai, quelles grandeurs faut-il mesurer et quel calcul faut-il effectuer ?

Mesurer l’énergie électrique produite et l’énergie mécanique reçue, puis additionner ces deux valeurs.

Mesurer l’énergie électrique produite et les pertes thermiques, puis diviser les pertes par l’énergie électrique.

Mesurer l’énergie électrique produite et l’énergie mécanique reçue, puis diviser la première par la seconde.

Mesurer l’énergie mécanique produite et l’énergie électrique reçue, puis diviser la première par la seconde.

Explication

Le rendement correspond au rapport entre l’énergie utile et l’énergie fournie; pour un alternateur, il s’agit de l’énergie électrique rapportée à l’énergie mécanique reçue. Diviser l’énergie mécanique produite par l’énergie électrique reçue inverse ces rôles et ne donne pas le rendement défini.

Answer

Mesurer l’énergie électrique produite et l’énergie mécanique reçue, puis diviser la première par la seconde.

Question 11

11. Quelle caractéristique distingue les énergies annuelles produites par Flamanville, Serre-Ponçon et l’éolienne ?

Flamanville en produit environ 15 300 GWh, Serre-Ponçon 700 GWh et l’éolienne 4,03 GWh.

Serre-Ponçon en produit environ 15 300 GWh, Flamanville 700 GWh et l’éolienne 4,03 GWh.

L’éolienne en produit environ 15 300 GWh, Serre-Ponçon 700 GWh et Flamanville 4,03 GWh.

Flamanville en produit environ 15 300 GWh, l’éolienne 700 GWh et Serre-Ponçon 4,03 GWh.

Explication

Les productions annuelles indiquées décroissent de Flamanville à Serre-Ponçon, puis à l’éolienne. Attribuer 700 GWh à l’éolienne confond sa production, de 4,03 GWh, avec celle de Serre-Ponçon.

Answer

Flamanville en produit environ 15 300 GWh, Serre-Ponçon 700 GWh et l’éolienne 4,03 GWh.

QCM : Alternateurs et rendements énergétiques (11 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Une résistance de $0{,}20\,\Omega$ est parcourue par un courant de $5\,\mathrm{A}$ . Quelle puissance est dissipée par effet Joule ?

2. Un alternateur fournit une puissance utile de $840\,\mathrm{W}$ pour une puissance reçue de $1\,200\,\mathrm{W}$ . Quel est son rendement ?

3. Un aimant et une bobine restent immobiles l’un près de l’autre. Quelle indication donne l’ampèremètre relié à la bobine ?

4. Une élève rapproche un aimant d’une bobine immobile. Quel phénomène explique l’apparition d’un courant dans la bobine ?

5. Que désigne le stator dans un alternateur ?

6. À 50 % du débit maximal, quel est le rendement de l’alternateur si le rendement global du turboalternateur est de 82 % et celui de la turbine de 92 % ?

7. Quel rôle jouent les pertes thermiques dans le rendement d’un alternateur ?

8. En quoi les pertes par effet Joule diffèrent-elles des pertes dues aux frottements mécaniques dans un alternateur ?

9. Que provoque la rotation du rotor dans la bobine fixe d’un alternateur ?

10. Pour évaluer le rendement d’un alternateur lors d’un essai, quelles grandeurs faut-il mesurer et quel calcul faut-il effectuer ?

11. Quelle caractéristique distingue les énergies annuelles produites par Flamanville, Serre-Ponçon et l’éolienne ?

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Questions et réponses du QCM

1. Une résistance de 0,20 Ω0{,}20\,\Omega0,20Ω est parcourue par un courant de 5 A5\,\mathrm{A}5A. Quelle puissance est dissipée par effet Joule ?

2. Un alternateur fournit une puissance utile de 840 W840\,\mathrm{W}840W pour une puissance reçue de 1 200 W1\,200\,\mathrm{W}1200W. Quel est son rendement ?

3. Un aimant et une bobine restent immobiles l’un près de l’autre. Quelle indication donne l’ampèremètre relié à la bobine ?

4. Une élève rapproche un aimant d’une bobine immobile. Quel phénomène explique l’apparition d’un courant dans la bobine ?

5. Que désigne le stator dans un alternateur ?

6. À 50 % du débit maximal, quel est le rendement de l’alternateur si le rendement global du turboalternateur est de 82 % et celui de la turbine de 92 % ?

7. Quel rôle jouent les pertes thermiques dans le rendement d’un alternateur ?

8. En quoi les pertes par effet Joule diffèrent-elles des pertes dues aux frottements mécaniques dans un alternateur ?

9. Que provoque la rotation du rotor dans la bobine fixe d’un alternateur ?

10. Pour évaluer le rendement d’un alternateur lors d’un essai, quelles grandeurs faut-il mesurer et quel calcul faut-il effectuer ?

11. Quelle caractéristique distingue les énergies annuelles produites par Flamanville, Serre-Ponçon et l’éolienne ?

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2. Un alternateur fournit une puissance utile de $840\,\mathrm{W}$ pour une puissance reçue de $1\,200\,\mathrm{W}$ . Quel est son rendement ?