Fiche de révision : Énergie électrique et alternateurs

📋 Plan du Cours

1. Grandeurs et relations électriques
2. Induction électromagnétique
3. Évolution des machines électriques
4. Constitution et fonctionnement des alternateurs
5. Énergie et rendement électrique
6. Applications aux installations électriques

📖 1. Grandeurs et relations électriques

★ À maîtriser

📐 Formule - Pour un conducteur ohmique, la loi d'Ohm est $U = R \times i$.

📐 Formule - La puissance électrique vérifie $P = U \times i$ et s'exprime en watts (W).

📐 Formule - L'énergie électrique vérifie $E = P \times \Delta t$ et s'exprime en joules (J) lorsque le temps est en secondes.

Compléments

• La tension électrique U s'exprime en volts (V) et se mesure avec un voltmètre.

• L'intensité du courant i s'exprime en ampères (A) et se mesure avec un ampèremètre.

• La résistance électrique R s'exprime en ohms (Ω) et se mesure avec un ohmmètre.

• Un kilowattheure vaut 1000 wattheures et un wattheure vaut 3600 joules.

📖 2. Induction électromagnétique

🔑 Notions clés & Définitions

• Magnétisme : Phénomènes d'attraction ou de répulsion entre deux objets, notamment des aimants.

★ À maîtriser

• En 1820, l'expérience d'Ørsted montre qu'une boussole placée près d'un fil parcouru par un courant voit son aiguille déviée.

• L'expérience d'Ørsted établit qu'un courant électrique produit un champ magnétique.

• La production d'un courant par induction nécessite une source de champ magnétique et une bobine, avec un mouvement relatif entre eux.

Compléments

• Dans l'expérience de Faraday, le galvanomètre détecte le courant produit dans la bobine lorsque l'aimant est mis en mouvement.

• Le solénoïde de l'expérience de Faraday sert de source de champ magnétique et peut être remplacé par un aimant.

💡 Astuce mémo

Un courant électrique crée un champ magnétique ; un mouvement relatif entre aimant et bobine induit un courant.

📖 3. Évolution des machines électriques

📝 Points essentiels

• En 1825, Jean-Daniel Colladon rapproche un aimant d'une bobine tout en laissant le galvanomètre éloigné, et ne détecte pas de courant.

📖 4. Constitution et fonctionnement des alternateurs

🔑 Notions clés & Définitions

• Alternateur : Appareil qui produit de l'électricité par induction électromagnétique.

★ À maîtriser

📌 Dans un alternateur, le rotor est la partie en rotation tandis que le stator est la partie immobile.

• Une rotation de la bobine ou de l'aimant peut produire un courant alternatif et périodique.

Compléments

• Dans la dynamo de bicyclette représentée, l'aimant constitue le rotor et la bobine le stator.

📌 Une tension constante garde la même valeur, tandis qu'une tension alternative change de signe au cours du temps.

💡 Astuce mémo

Le rotor tourne ; le stator reste statique.

📖 5. Énergie et rendement électrique

🔑 Notions clés & Définitions

• Rendement : Quotient de l'énergie utile par l'énergie reçue, ou de la puissance utile par la puissance reçue.

★ À maîtriser

📐 Formule - Le rendement vérifie $\eta = \frac{P_{utile}}{P_{reçue}} = \frac{E_{utile}}{E_{reçue}}$ et il est sans unité.

📌 Le rendement d'un alternateur est inférieur ou égal à 1, car une partie de l'énergie reçue est dissipée, notamment sous forme thermique.

Compléments

📐 Formule - L'énergie reçue se répartit entre énergie utile et énergie dissipée selon $E_{reçue} = E_{utile} + E_{dissipée}$.

• Dans les centrales, le rendement de l'alternateur est approximativement de 0,95, soit 95 %.

📐 Formule - La puissance électrique d'un appareil vérifie $P = U \times I$.

📖 6. Applications aux installations électriques

📝 Points essentiels

• La centrale hydroélectrique de Serre-Ponçon produit environ 700 GWh d'énergie par an à partir d'environ 735 GWh fournis par la turbine dans des conditions optimales.

• Pour la centrale de Serre-Ponçon, le rendement calculé à partir des valeurs indiquées est $\eta = \frac{700}{735} \approx 0{,}95$, soit environ 95 %.

• Une dynamo de bicyclette produit de l'électricité à partir du mouvement de la roue afin d'alimenter les phares.

• Une éolienne transforme l'énergie mécanique du vent en énergie électrique grâce notamment à un alternateur.