QCM : Énergie électrique et modèle quantique (11 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Quelle conversion énergétique un alternateur réalise-t-il dans une centrale ou une éolienne ?

L’énergie thermique est convertie en énergie chimique.
L’énergie électrique est convertie en énergie mécanique.
L’énergie mécanique est convertie en énergie électrique.
L’énergie lumineuse est convertie en énergie thermique.

L’énergie mécanique est convertie en énergie électrique.

Explication

L’alternateur transforme l’énergie mécanique en énergie électrique dans ces installations de production. La conversion inverse, de l’énergie électrique en énergie mécanique, correspond à un autre type de fonctionnement.

2. Dans une éolienne, quel est le rôle du multiplicateur entre l’arbre principal et l’alternateur ?

Réduire la vitesse de rotation jusqu’à 22 tours par minute avant d’entraîner l’alternateur.
Transmettre directement le mouvement du rotor sans modifier sa vitesse.
Transformer la rotation de l’arbre en courant électrique avant l’alternateur.
Augmenter la vitesse de rotation jusqu’à 1 500 tours par minute avant d’entraîner l’alternateur.

Augmenter la vitesse de rotation jusqu’à 1 500 tours par minute avant d’entraîner l’alternateur.

Explication

Le multiplicateur accélère la rotation transmise par l’arbre principal jusqu’à 1 500 tours par minute pour entraîner l’alternateur. La vitesse d’environ 22 tours par minute caractérise le rotor, et non la vitesse recherchée après le multiplicateur.

3. Comment les éléments principaux d’un alternateur sont-ils disposés ?

Un rotor fixe contient une bobine conductrice, tandis qu’un stator mobile porte un aimant.
Un rotor mobile porte un aimant, tandis qu’un stator fixe contient une bobine conductrice.
Un rotor mobile porte une bobine conductrice, tandis qu’un stator fixe contient un aimant.
Un stator mobile porte un aimant, tandis qu’un rotor fixe contient une bobine conductrice.

Un rotor mobile porte un aimant, tandis qu’un stator fixe contient une bobine conductrice.

Explication

Le rotor mobile porte l’aimant qui crée le champ magnétique, alors que la bobine conductrice se trouve dans le stator fixe. L’option qui place l’aimant dans le stator inverse les rôles des deux parties.

4. Quelle association décrit l’histoire de l’induction électromagnétique exploitée par les alternateurs ?

Faraday l’a découverte, puis Maxwell l’a théorisée au XIXe siècle.
Maxwell l’a découverte, puis Faraday l’a théorisée au XIXe siècle.
Maxwell et Faraday l’ont découverte ensemble au XVIIIe siècle.
Faraday l’a théorisée, puis Maxwell l’a découverte au XXe siècle.

Faraday l’a découverte, puis Maxwell l’a théorisée au XIXe siècle.

Explication

Faraday est associé à la découverte de l’induction électromagnétique et Maxwell à sa théorisation au XIXe siècle. L’inversion de leurs rôles confond la découverte expérimentale et la formulation théorique.

5. Quand le motif du courant alternatif produit par un alternateur se répète-t-il ?

Chaque fois que le rotor s’arrête puis reprend sa rotation.
Chaque fois que la bobine passe devant un pôle de l’aimant.
Chaque fois que l’aimant effectue un tour complet, quel que soit le nombre de pôles.
Chaque fois qu’un pôle de l’aimant passe devant la bobine.

Chaque fois qu’un pôle de l’aimant passe devant la bobine.

Explication

Le courant est périodique et son motif se répète au passage de chaque pôle de l’aimant devant la bobine. Attendre un tour complet ne tient pas compte du fait que plusieurs pôles peuvent passer devant la bobine au cours d’une rotation.

6. Un alternateur tourne à 1 200 tours par minute et possède 2 paires de pôles ; quelle fréquence de courant produit-il ?

60 Hz
80 Hz
20 Hz
40 Hz

40 Hz

Explication

La relation n′=60fpn'=\frac{60f}{p} donne f=n′p60=1 200×260=40 Hzf=\frac{n'p}{60}=\frac{1\,200\times2}{60}=40\,\text{Hz}. Une fréquence de 20 Hz correspondrait à omettre le nombre de paires de pôles dans le calcul.

7. Comment calcule-t-on le rendement d’un alternateur à partir des énergies reçue et cédée ?

En divisant l’énergie mécanique reçue par l’énergie électrique cédée.
En divisant l’énergie électrique cédée par l’énergie mécanique reçue.
En soustrayant l’énergie électrique cédée de l’énergie mécanique reçue.
En additionnant l’énergie électrique cédée et l’énergie mécanique reçue.

En divisant l’énergie électrique cédée par l’énergie mécanique reçue.

Explication

Le rendement est le rapport entre l’énergie utile cédée et l’énergie reçue, soit η=EeˊlecEmeˊca\eta=\frac{E_{\text{élec}}}{E_{\text{méca}}}. Inverser le rapport placerait l’énergie reçue au numérateur et ne représenterait pas le rendement.

8. Que signifie la quantification de l’énergie dans un système physique ?

L’énergie reste constante lorsque la matière change d’état.
L’énergie ne peut prendre que certaines valeurs discrètes.
L’énergie varie de façon continue entre deux valeurs possibles.
L’énergie dépend uniquement de la température du système.

L’énergie ne peut prendre que certaines valeurs discrètes.

Explication

Une énergie quantifiée ne peut adopter que des valeurs discrètes et spécifiques, plutôt qu’un éventail continu. Une variation continue correspond précisément à la notion opposée à la quantification.

9. Quel phénomène atomique la quantification de l’énergie permet-elle d’expliquer ?

La formation des liaisons chimiques dans les molécules d’eau.
Les raies d’émission de l’atome d’hydrogène.
La diffusion de la lumière par les particules de poussière.
La variation de la masse des atomes selon leur température.

Les raies d’émission de l’atome d’hydrogène.

Explication

La quantification de l’énergie explique les raies d’émission de l’atome d’hydrogène. La formation des liaisons chimiques ne désigne pas le phénomène précis associé à cette unité.

10. Pourquoi les électrons peuvent-ils passer de la bande de valence à la bande de conduction dans un matériau conducteur ?

Parce que la bande de valence est absente du matériau.
Parce qu’un large gap sépare les deux bandes.
Parce que les électrons quittent le matériau en permanence.
Parce que les deux bandes se chevauchent.

Parce que les deux bandes se chevauchent.

Explication

Dans un conducteur, le chevauchement des bandes permet aux électrons de passer de la bande de valence à la bande de conduction. Un gap séparant les bandes caractérise plutôt les matériaux semi-conducteurs ou isolants.

11. Que peut provoquer un faible apport d’énergie dans un semi-conducteur comme le silicium ?

La disparition de la bande de conduction, qui immobilise les électrons.
L’élargissement du gap, qui bloque le passage des électrons.
Le chevauchement des bandes, qui empêche les électrons de se déplacer.
Le franchissement du gap par des électrons, qui deviennent conducteurs.

Le franchissement du gap par des électrons, qui deviennent conducteurs.

Explication

Dans le silicium semi-conducteur, un faible apport d’énergie suffit à faire franchir le gap à des électrons et à les rendre conducteurs. Le chevauchement des bandes décrit plutôt la situation d’un conducteur.

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Quel appareil convertit l’énergie mécanique en énergie électrique dans les centrales et les éoliennes ?

Un alternateur.

Jusqu’à quelle vitesse le multiplicateur d’une éolienne augmente-t-il la rotation ?

Jusqu’à 1 500 tours par minute.

Dans une éolienne, à quel élément le mouvement du rotor est-il transmis en premier ?

À l’arbre principal.

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