QCM : Énergie électrique et photovoltaïque (11 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Quel principe permet aux centrales et aux éoliennes de produire de l’électricité à grande échelle ?

La conversion directe de l’énergie thermique en énergie mécanique par une bobine
La conversion de l’énergie magnétique en énergie mécanique par un rotor
La conversion de l’énergie électrique en énergie mécanique par un alternateur
La conversion de l’énergie mécanique en énergie électrique par un alternateur

La conversion de l’énergie mécanique en énergie électrique par un alternateur

Explication

Dans ces installations, l’alternateur transforme l’énergie mécanique en énergie électrique. La conversion de l’énergie électrique en énergie mécanique correspond au fonctionnement inverse.

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

Il transforme la rotation des pales en courant électrique avant l’alternateur.
Il augmente la vitesse de rotation, d’environ 22 à 1 500 tours par minute.
Il maintient le rotor à environ 22 tours par minute avant d’entraîner l’alternateur.
Il réduit la vitesse de rotation, d’environ 1 500 à 22 tours par minute.

Il augmente la vitesse de rotation, d’environ 22 à 1 500 tours par minute.

Explication

Le multiplicateur accélère la rotation transmise par l’arbre principal pour entraîner l’alternateur à une vitesse plus élevée. La valeur d’environ 22 tours par minute correspond au rotor, et non à la vitesse après le multiplicateur.

3. Quel agencement décrit correctement les principaux éléments d’un alternateur ?

Une pile et une bobine conductrice, avec un stator fixe et un rotor mobile
Un aimant et une bobine isolante, avec un stator fixe et un rotor mobile
Un aimant et une bobine conductrice, avec un stator fixe et un rotor mobile
Un aimant et une bobine conductrice, avec un stator mobile et un rotor fixe

Un aimant et une bobine conductrice, avec un stator fixe et un rotor mobile

Explication

L’alternateur comprend un aimant produisant un champ magnétique, une bobine conductrice, un stator fixe et un rotor mobile. L’inversion des rôles du stator et du rotor ne décrit pas l’agencement indiqué.

4. Quel phénomène physique les alternateurs exploitent-ils pour produire un courant électrique ?

L’induction électromagnétique, découverte par Faraday puis théorisée par Maxwell
La conduction thermique, découverte par Faraday puis théorisée par Maxwell
L’électrolyse, découverte par Faraday puis théorisée par Maxwell
La gravitation universelle, découverte par Faraday puis théorisée par Maxwell

L’induction électromagnétique, découverte par Faraday puis théorisée par Maxwell

Explication

Le fonctionnement de l’alternateur repose sur l’induction électromagnétique, découverte par Faraday puis théorisée par Maxwell au XIXᵉ siècle. L’électrolyse est un phénomène distinct qui ne constitue pas le principe de production de l’alternateur.

5. Que devient la fréquence du courant alternatif produit si la vitesse de rotation de l’alternateur augmente, sans autre changement ?

Elle diminue, car elle est inversement proportionnelle à la vitesse de rotation.
Elle augmente, car elle est proportionnelle à la vitesse de rotation.
Elle devient irrégulière, car la rotation plus rapide supprime la périodicité.
Elle reste constante, car elle dépend seulement du nombre de pôles.

Elle augmente, car elle est proportionnelle à la vitesse de rotation.

Explication

La fréquence du courant alternatif est proportionnelle à la vitesse de rotation de l’alternateur. Une fréquence déterminée seulement par le nombre de pôles négligerait l’effet de la vitesse.

6. Un alternateur a une vitesse de rotation n=25n=25 tours par seconde et p=4p=4 pôles. Quelle fréquence ff vérifie la relation f=n×pf=n\times p ?

0,16 Hz0{,}16\,\text{Hz}
29 Hz29\,\text{Hz}
6,25 Hz6{,}25\,\text{Hz}
100 Hz100\,\text{Hz}

$$100\,\text{Hz}$$

Explication

En appliquant f=n×pf=n\times p, on obtient f=25×4=100 Hzf=25\times4=100\,\text{Hz}. La division de la vitesse par le nombre de pôles ne correspond pas à la relation donnée.

7. Un alternateur reçoit 500 J500\,\text{J} d’énergie mécanique et cède 450 J450\,\text{J} d’énergie électrique. Quel est son rendement ?

1,111{,}11
50 J50\,\text{J}
0,900{,}90
950 J950\,\text{J}

$$0{,}90$$

Explication

Le rendement est le rapport entre l’énergie électrique cédée et l’énergie mécanique reçue, soit 450/500=0,90450/500=0{,}90. Le rapport inverse dépasserait 1 et n’exprime pas le rendement défini ici.

8. Quelle idée centrale de la vision quantique de l’énergie s’est développée grâce aux travaux de Planck, Bohr et Einstein au début du XXᵉ siècle ?

L’énergie de la matière et des ondes prend des valeurs discrètes.
L’énergie des ondes varie continûment, mais celle de la matière est discrète.
L’énergie de la matière et des ondes varie de façon continue.
L’énergie de la matière varie continûment, mais celle des ondes est discrète.

L’énergie de la matière et des ondes prend des valeurs discrètes.

Explication

Ces travaux ont contribué à établir que l’énergie des ondes et de la matière ne prend que des valeurs discrètes. L’idée d’une énergie discrète pour les ondes mais continue pour la matière ne correspond pas à cette vision.

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

Le chevauchement des bandes dans les conducteurs.
La formation des raies d’émission des atomes.
Le passage des électrons à travers le gap d’un semi-conducteur.
La séparation des bandes dans les matériaux isolants.

La formation des raies d’émission des atomes.

Explication

La quantification de l’énergie explique les raies d’émission des atomes. Le passage à travers un gap relève plutôt des propriétés des bandes d’énergie dans les matériaux.

10. Pourquoi les électrons peuvent-ils passer dans la bande de conduction d’un conducteur ?

Parce qu’un faible apport d’énergie leur fait franchir un petit gap.
Parce que la bande de valence est absente du matériau.
Parce que les bandes de valence et de conduction se chevauchent.
Parce qu’un grand gap les sépare de la bande de conduction.

Parce que les bandes de valence et de conduction se chevauchent.

Explication

Dans un conducteur, les bandes de valence et de conduction se chevauchent, ce qui permet le passage des électrons. Le franchissement d’un petit gap avec un faible apport d’énergie caractérise plutôt un semi-conducteur.

11. Dans un semi-conducteur comme le silicium, que se passe-t-il lorsqu’un faible apport d’énergie est fourni ?

Des électrons franchissent le gap entre les bandes de valence et de conduction.
Les bandes de valence et de conduction se chevauchent comme dans un conducteur.
Les électrons quittent la bande de conduction pour rejoindre la bande de valence.
Un grand gap empêche les électrons d’atteindre la bande de conduction.

Des électrons franchissent le gap entre les bandes de valence et de conduction.

Explication

Dans un semi-conducteur, un faible apport d’énergie suffit à faire franchir le gap aux électrons, de la bande de valence vers celle de conduction. Le chevauchement des bandes décrit le conducteur, et non le semi-conducteur.

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Mémorisez les réponses avec 24 flashcards sur Énergie électrique et photovoltaïque.

Quelle conversion assure la production électrique de masse dans les centrales et les éoliennes ?

La conversion d’énergie mécanique en énergie électrique par un alternateur.

Quels éléments composent un alternateur ?

Un aimant, une bobine conductrice, un stator fixe et un rotor mobile.

Quel phénomène les alternateurs exploitent-ils ?

L’induction électromagnétique.

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