Fiche de physique - chimie
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La production de l'énergie électrique et l'alternateur

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Prérequis
Dans ce chapitre nous ferons appel essentiellement à tes connaissances sur les énergies renouvelables, et sur la création d'un courant électrique.

Enjeu
Il faut être capable, à l'issu de ce chapitre, de comprendre le fonctionnement d'un alternateur et de comprendre la production de l'énergie électrique.

I. Production de l'énergie électrique

Historique :

1800 : Volta invente la pile. Mais elle ne peut pas stocker de grosses quantités d'électricité.
La pile de Volta suscite un énorme intérêt dans le monde scientifique car le courant électrique est alors un phénomène nouveau et inattendu. Grâce à elle, les physiciens de l'époque peuvent entreprendre de nombreuses recherches sur les propriétés du courant électrique et sur la résistance électrique. Ces travaux sont à l'origine du transport d'électricité par câbles.

1820 : Oersted (d'origine Danoise), remarque qu'une aiguille aimantée placée à côté d'un fil conducteur traversé par le courant est déviée.
D'une importance capitale, l'expérience d'Oersted établit pour la première fois un lien entre électricité et magnétisme. Elle ouvre la voie à de nombreuses inventions comme celle du télégraphe, qui révolutionnera un peu plus tard les moyens de communication.

1830 : Michael Faraday (un Anglais), montre qu'un courant passe dans une bobine lorsqu'on y introduit un aimant.
L'histoire du début des applications de l'électricité est dominée par les découvertes du physicien anglais, Michael Faraday en 1830.En reliant les bornes d'une bobine à un galvanomètre (sorte d'ampèremètre), il observe le passage d'un courant dans la bobine, lorsqu'il introduit ou retire un aimant de cette bobine.

L'importance de cette découverte est extrême car elle rend possible la production de courant électrique sans avoir à utiliser de pile. L'énergie mécanique peut, dès lors, être directement convertie en énergie électrique. C'est ce que font, depuis, tous les alternateurs.

L'alternateur :
L'alternateur (bobine + aimant) est la partie commune à toutes les centrales électriques.
L'alternateur produit une tension variable et alternative.

Un alternateur (centrale, voiture, dynamo?) est constitué d'une partie tournante appelée rotor (un ou plusieurs aimants) et d'une partie fixe appelée stator (bobine ou ensemble de bobines). Le rotor tourne à l'intérieur du stator.

La dynamo, une mini centrale électrique
Une dynamo de vélo est un alternateur constitué d'un galet qui tourne au contact de la roue en entraînant un aimant (rotor) à l'intérieur d'une bobine fixe (stator).

On branche une dynamo sur une lampe 3,5V et on fait tourner rapidement le galet de la dynamo.
Ensuite, on visualise la tension délivrée par la dynamo à l'aide d'un oscilloscope.

Observations :
La lampe brille et on observe à l'écran de l'oscilloscope une courbe prouvant que la tension délivrée par la dynamo (qui est un alternateur) est variable et alternative.

Conclusion:
Une dynamo, comme tous les alternateurs, transforme l'énergie mécanique en énergie électrique.

II. les modes de production de l'énergie électrique

L'alternateur est la partie commune à toutes les centrales électriques : l'énergie mécanique reçue par l'alternateur est convertie en partie en énergie électrique. Pour cela, l'alternateur est couplé à une turbine en rotation.
centrales électriques produisent de l'énergie électrique en utilisant une source d'énergie dite primaire.

La centrale hydraulique
Source primaire : eau

L'éolienne
Source primaire : vent

Les centrales thermiques
Dans les centrales thermiques à flamme (pétrole, gaz, charbon) et les centrales nucléaires, c'est de la vapeur d'eau sous pression, envoyée sur les pales de la turbine, qui fait tourner l'alternateur. Ces centrales ne diffèrent que par le dispositif qui produit la vapeur.

Energie renouvelables

L'énergie hydraulique
Centrales hydrauliques ou marémotrices

L'énergie éolienne
La quantité d'énergie produite par une éolienne dépend de :

La vitesse du vent, principalement

La surface balayée par les pales - La densité de l'air

L'énergie solaire
Energie du rayonnement solaire convertie en chaleur ou en énergie électriques

L'énergie géothermique
On puise la chaleur dans le sol pour chauffer des habitations ou produire de l'électricité

L'énergie biomasse
Energie que l'on peut extraire des végétaux comme le bois (centrale thermique) ou les plantes (carburant).
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