QCM : L’alternateur et sa production électrique (13 questions)

Explication

Le courant électrique correspond au déplacement d’électrons quasi-libres dans un milieu conducteur sous l’effet d’une tension. Les protons ne constituent pas les porteurs mobiles visés ici, le déplacement du conducteur entier n’est pas requis et la tension est la cause de ce déplacement, non le courant lui-même.

Explication

Sous une tension alternative sinusoïdale, les électrons oscillent dans les deux sens autour de leurs positions moyennes, sur une très petite distance. Le déplacement vers la borne positive correspond au courant continu, tandis qu’une migration lointaine ou l’immobilité ne décrivent pas ce mouvement.

Explication

Un alternateur convertit une partie de l’énergie mécanique de rotation reçue en énergie électrique. La conversion inverse n’est pas celle de l’alternateur, et la chaleur correspond à des pertes plutôt qu’à la conversion utile; l’énergie chimique n’est pas la forme produite.

Explication

Faraday a découvert expérimentalement l’induction électromagnétique, puis Maxwell l’a décrite mathématiquement. Inverser leurs rôles confond leurs contributions; Oersted n’est pas associé ici à cette découverte, et Maxwell n’est pas crédité des deux étapes.

Explication

Le mouvement relatif entre l’aimant et la bobine crée une tension électrique par induction électromagnétique; il suffit que l’un se déplace par rapport à l’autre. Le chauffage n’est pas le mécanisme d’induction, le déplacement simultané des deux objets n’est pas requis et l’absence de mouvement relatif ne produit pas cet effet.

Explication

La source du champ magnétique est un aimant permanent ou un électroaimant, souvent associé au rotor. Une bobine est le conducteur, tandis que le stator et le rotor désignent des parties fixe et tournante.

Explication

Le fil conducteur est une bobine ou un enroulement soumis à un champ magnétique variable lors d’un mouvement relatif. La source magnétique crée le champ; rotor et stator désignent les parties tournante et fixe.

Explication

La rotation fait varier périodiquement le flux magnétique vu par la bobine, ce qui produit une tension puis un courant alternatifs et périodiques. Un flux constant ou un courant continu ne décrit pas cette chaîne de phénomènes.

Explication

Une rotation plus rapide du rotor augmente à la fois la tension produite et la fréquence du courant. Les autres réponses inversent l’évolution de l’une des grandeurs ou la déclarent indépendante de la vitesse.

Explication

Le rendement est le rapport de la puissance électrique utile à la puissance mécanique reçue : $2{,}0/2{,}5=0{,}80$, soit $80\,\%$. La valeur $1{,}25$ inverse le rapport, $0{,}50$ soustrait les puissances, et $2{,}0\,\text{kW}$ est une puissance, pas un rendement.

Explication

Le rendement décrit quelle proportion de la puissance mécanique reçue est convertie en puissance électrique utile. La puissance reçue et la puissance dissipée sont d’autres grandeurs, tandis que la puissance électrique utile n’est pas, à elle seule, une proportion.

Explication

Le rendement est inférieur à $100\,\%$ parce qu’une partie de l’énergie est dissipée, notamment par effet Joule, par frottements mécaniques et par pertes magnétiques. L’idée d’une conversion intégrale néglige ces pertes, et l’échauffement ne constitue pas une hausse de la puissance utile.

Explication

Les expériences historiques à connaître sont celles d’Oersted et de Faraday. Maxwell est associé à la description mathématique de l’induction, et le fonctionnement de l’alternateur n’est pas une expérience historique attribuée à ces savants.