Fiche de physique - chimie
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Les générateurs

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1. Généralités

Définition

Un générateur est un convertisseur d'énergie qui transforme en énergie électrique une autre forme d'énergie.



Exemples

La pile ou l'accumulateur : ils transforment une énergie chimique en énergie électrique.
Leurs symboles sont

Les générateurs : image 3
pour la pile

Les générateurs : image 4
pour l'accumulateur

La dynamo ou l'alternateur : ils transforment une énergie mécanique en une énergie électrique.


La cellule photovoltaïque convertit une énergie lumineuse (ou rayonnante) en électricité.
Son symbole est
Les générateurs : image 5


Remarque

Toute transformation d'une énergie initiale en énergie électrique s'accompagne d'un dégagement de chaleur : il s'agit d'une puissance thermique dissipée par effet Joule
(aux bornes d'une résistance interne).


2. Convention d'orientation du générateur

Si la tension U aux bornes d'un générateur et l'intensité du courant I le traversant sont de même sens , alors le dipôle est en convention générateur.


Les générateurs : image 11



3. Puissance et énergie électrique fournie par un générateur au circuit

Les générateurs : image 8
La puissance électrique Pe fournie par un générateur de tension UPN entre ses bornes et d'intensité I la traversant est \boxed{Pe=U_{PN}.I}.
L'énergie électrique fournie par le générateur pendant la durée \Delta t est \boxed{We = Pe.\Delta t = U_{PN}.I.\Delta t}.


4. Loi d'Ohm généralisée et caractéristique du générateur

Caractéristique d'un générateur réel

Il s'agit de la représentation graphique de la tension UPN aux bornes dun générateur en fonction de l'intensité I du courant qui le traverse : c'est la courbe qui caractérise le fonctionnement du générateur.


La caractéristique de la pile est la suivante :
Les générateurs : image 1

E est une tension particulière : elle représente la force électromotrice du générateur (fém) en volts (V). C'est la tension aux bornes du générateur en circuit ouvert.
Le coefficient directeur de la droite est égal à la résistance interne du générateur. Elle est notée r et son unité est l'ohm (\Omega).
La pile est un générateur linéaire.

Loi d'Ohm généralisée

L'équation de la demi-droite obtenue est l'expression de la loi d'Ohm pour le générateur, soit \boxed{U_{PN}=E-rI}.
E est la force électromotrice en volts (V).
I est l'intensité du courant qui traverse le générateur en ampères (A).
r est la résistance interne du générateur en ohms (\Omega).

Cas particulier : source idéale de tension

Pour une source idéale de tension, la caractéristique est une demi-droite horizontale. L'alimentation est donc équivalente à un générateur de résistance interne négligeable et de fém E.
Son symbole électrique est
Les générateurs : image 6

Sa caractéristique est donc
Les générateurs : image 2



5. Bilan énergétique d'un générateur

Bilan énergétique

Les générateurs : image 9


Principe de conservation de la puissance

\boxed{EI = U_{PN}I + rI^2}

E force électromotrice du générateur en volts (V)
I intensité du courant traversant le générateur en ampères (A)
r résistance interne en ohms (\Omega).



Démonstration :
Selon la loi d'Ohm généralisée, on a
\boxed{U_{PN} = E-rI} (1)
En multipliant chaque membre de (1) par I, on a
U_{PN}I = EI - rI^2

soit \boxed{EI = U_{PN}I+rI^2}.

Rendement

Le rendement du générateur est le rapport entre la puissance électrique fournie et puissance chimique réçue par ce générateur (puissance coûteuse) :
\boxed{\eta = \dfrac{Pélec}{Pchimique} = \dfrac{U_{PN}}{E}}



Remarque

Cette étude peut être réalisée en termes d'énergie.
En effet, il suffit donc de multiplier chaque terme de puissance par la durée \Delta t pour exprimer le bilan énergétique du récepteur.
Le rendement reste inchangé.

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