Fiche de révision : Deux siècles d’énergie électrique

📋 Plan du Cours

1. Induction et fonctionnement de l’alternateur
2. Rendement et pertes énergétiques
3. Turbine et fréquence du courant
4. Semi-conducteurs et effet photovoltaïque
5. Cellules et capteurs photovoltaïques

📖 1. Induction et fonctionnement de l’alternateur

🔑 Notions clés & Définitions

• Induction électromagnétique : Création d’un courant électrique dans un conducteur proche d’un champ magnétique lorsque le conducteur et le champ sont en mouvement l’un par rapport à l’autre.
• Alternateur : Convertisseur composé d’un stator fixe constitué de bobines et d’un rotor mobile composé d’aimants, qui produit de l’électricité par induction lorsqu’il est entraîné par une turbine.

📝 Points essentiels

• Dans un alternateur, le stator est la partie fixe formée de bobines de fil de cuivre enroulé en spirale, tandis que le rotor est la partie mobile composée d’aimants.

📖 2. Rendement et pertes énergétiques

★ À maîtriser

📐 Formule - Le rendement d’un alternateur vérifie $\eta = \frac{E_{\text{électrique}}}{E_{\text{fournie}}} = \frac{P_{\text{électrique}}}{P_{\text{mécanique}}}$, où η est sans unité, E s’exprime en joules (J) et P en watts (W).

• Le rendement moyen des alternateurs utilisés dans les centrales électriques est de 0,95, ce qui signifie que 95 % de l’énergie mécanique est convertie en énergie électrique.

Compléments

• Les pertes énergétiques de l’alternateur prennent la forme d’énergie thermique et sont dues aux frottements entre ses parties et à l’effet Joule, qui échauffe les fils conducteurs parcourus par un courant.

• Plus le rendement d’une conversion est proche de 1, moins les pertes sous forme thermique sont importantes.

📐 Formule - Pour un alternateur, la puissance d’entrée vérifie $P_{\text{entrée}} = \frac{P_{\text{sortie}}}{\eta}$.

💡 Astuce mémo

Frottements et effet Joule → pertes thermiques

📖 3. Turbine et fréquence du courant

🔑 Notions clés & Définitions

• Turbine : Élément d’une centrale électrique dont le mouvement entraîne le rotor de l’alternateur.

★ À maîtriser

• Dans une centrale, la vapeur, l’eau ou le vent fournit une énergie primaire qui entraîne la turbine, laquelle fait tourner l’axe auquel le rotor est fixé.

• Un alternateur produit un courant alternatif.

Compléments

• La fréquence du courant électrique produit par un alternateur dépend de la vitesse de rotation du rotor.

💡 Astuce mémo

Énergie primaire → turbine → rotor → courant alternatif

📖 4. Semi-conducteurs et effet photovoltaïque

🔑 Notions clés & Définitions

• Effet photovoltaïque : Émission d’électrons par un matériau sous l’effet d’un rayonnement électromagnétique.
• Semi-conducteur : Matériau isolant qui nécessite un apport d’énergie extérieure pour devenir conducteur.

📝 Points essentiels

• Les semi-conducteurs, comme le silicium, absorbent l’énergie radiative et en convertissent une partie en énergie électrique.

📖 5. Cellules et capteurs photovoltaïques

🔑 Notions clés & Définitions

• Capteur photovoltaïque : Constitué d’un grand nombre de cellules photovoltaïques obtenues en réalisant une jonction entre des semi-conducteurs.

★ À maîtriser

• Les capteurs photovoltaïques nécessitent des semi-conducteurs à large spectre d’absorption afin d’absorber un maximum d’énergie radiative solaire et d’augmenter le rendement de conversion.

Compléments

• Dans une cellule photovoltaïque, un fil conducteur collecte les électrons produits au sein des semi-conducteurs par l’absorption des photons.

• Un capteur photovoltaïque convertit l’énergie radiative en énergie électrique et produit également de l’énergie thermique.