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DE L'ÉNERGIE ! POURQUOI ? COMMENT ?

ÉNERGIE : force, puissance en action, capacité d'un système à produire un travail.

LES SOURCES D'ÉNERGIE RENOUVELABLES sont celles que l'on ne peut pas épuiser,par exemple l'énergie solaire, l'énergie du vent et l'énergie des marées.

LES SOURCES D'ÉNERGIE NON RENOUVELABLES sont celles que l'on peut épuiser,par exemple, les combustibles fossiles et les sources d'énergie nucléaire.

SOURCE D’ÉNERGIE : origine de l’énergie (matières premières, éléments naturels).

ÉNERGIE FOSSILE : énergie issue de la décomposition des plantes et des animauxcomme le charbon, le pétrole , le gaz naturel, ...

LES SOURCES D’ÉNERGIES NATURELLESDIVERSES SOURCES D’ÉNERGIE EXISTENT DANS LA NATURE :

LE SOLEIL, les MUSCLES des animaux et des hommes, L’EAU DES RIVIÈRES, le VENT, les MARÉES, les VOLCANS, et la BIOMASSE (produits végétaux ou animaux combustibles), qui se renouvellent sans cesse.

LE PÉTROLE (servant à fabriquer les carburants et le fioul), le CHARBON et le GAZ naturel,présents dans le sous-sol en quantité limitée

L’URANIUM, servant à produire de l’électricité (centrales nucléaires) présent dans le sous-sol en quantité limitée

L’EAU CHAUDE souterraine, réchauffée par la chaleur interne de la Terre, dont l’utilisation est appelée géothermie.

LES SOURCES D’ÉNERGIE PERMETTENT D’OBTENIR :

DU MOUVEMENT ( carburant pour les véhicules, machines, son par vibration…)DE LA CHALEUR ( radiateur électrique, chaudière, four…)DE LA LUMIÈRE ( bougies, lampes électriques ou à gaz…)

LES DIFFÉRENTES FORMES D’ÉNERGIE

ÉNERGIE MÉCANIQUE: la force motrice qui fait fonctionner les machines

ÉNERGIE CHIMIQUE : que l'on trouve dans le bois, le charbon, le pétrole, les aliments, etc., qui tous subissent des réactions chimiques produisant de la chaleur ou permettant la survie

ÉNERGIE MUSCULAIRE : tirée de l'énergie chimique des aliments que nous mangeons

ÉNERGIE THERMIQUE : par exemple la vapeur d'un moteur à vapeur ou la chaleur dégagée dans un moteur à combustion interne;

ÉNERGIE ÉLECTRIQUE : produite par des piles, stockée dans des batteries ou distribuée par un réseau d’alimentation

ÉNERGIE NUCLÉAIRE : énergie libérée par les atomes et transformée en chaleur puis en énergie électrique.

ÉNERGIE ÉOLIENNE : énergie produite par la force exercée par le vent,c’est l'une des plus anciennes sources d'énergie connue

ÉNERGIE SOLAIRE: énergie produite par le Soleil, les plantes tirent leur énergie de la lumière du Soleil par un processus que l'on appelle la photosynthèse .

ÉNERGIE HYDRAULIQUE: énergie produite par une chute d’eau ( énergie cinétique ) entre deux niveaux, l’un étant plus élevé que l’autre. ( énergie potentielle )

RAPPELS

Le Livret Ressources détaille les diverses énergies et l'évolution des techniques qui les utilisent

EXPERIMENTER OBSERVER COMPRENDRE LDA

Le ventilateurLa lampe halogène

Générateur à manivelle

3 modèles de photopiles

Eolienne ou Aérogénérateur

2.1 ) IDENTIFIER LE MATERIEL : LES GENERATEURS

Le robinet d'eau

Le soleil à travers la fenêtre

La multiprise sur le secteur

1 ) IDENTIFIER LES SOURCES D'ENERGIE DANS LA CLASSE

Sélecteurs de vitesse

EXPERIMENTER OBSERVER COMPRENDRE LDA

Centrale hydroélectrique

IDENTIFIER LE MATERIEL

Mini pile à hydrogène

Voiturette électrique

Mini ventilateur DEL

2.3 ) IDENTIFIER LE MATERIEL : LES RECEPTEURS

2.2 ) : STOCKAGE ET RESTITUTION DE L'ENERGIE

Condensateur à forte capacité

Accumulateur 1,2 V

EXPERIMENTER OBSERVER COMPRENDRE


LDA

2.4 ) LES CONNECTEURS

Plaque Lab

Exemples de connexions

Mini câbles

Interrupteur



Pinces croco

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COMPRENDRE LA PLAQUE LABCOMPRENDRE LA PLAQUE LAB

La plaque Lab permet de connecter rapidement, sans soudure et sans vis, des composants électriques et électroniques afin de réaliser des montages pour en tester le fonctionnement.

Sur le schéma de droite les points de connexions, représentés par des petits cercles sont comparables aux pastilles des pistes d'un circuit, ce sont autant de points d'insertion des pattes de composant ou de câblage.

Sur le schéma ces points sont reliés entre eux par des traits rouge ou jaune, ce qui signifie qu'ils sont physiquement reliés par une bande de cuivre constituant ainsi des barrettes conductrices.

UTILISER LA PLAQUE LABUTILISER LA PLAQUE LAB

La plaque Lab est donc composée de barrettes de connexion, comparables à des pistes d'un circuit imprimé, qui ne sont pas reliées entre elles au départ, mais qui peuvent l'être par un câblage ou d'autres composants au cours d'une manipulation.

Les lettres K L M N, ainsi que les traits de couleur n'existent pas réellement sur la plaque, ils ont été ajoutés sur le schéma pour se repérer dans les premières manipulations.

Observez la photo ci-dessus :

Le pôle positif de l'alimentation électrique, rouge, est connecté en K1, le pôle négatif, noir, en N1 à l'aide de deux petits câbles.

La patte + de la DEL est insérée en F10, la patte - en E10.

Des câbles relient chaque patte de la DEL au pôle d'alimentation correspondant, le câble de gauche est inséré en J10 et en K2, le câble de droite est inséré en A10 et en N2.

Il suffit de connecter une alimentation adaptée pour que la DEL s'allume.

Rupture de contact

Rupture de contact

L K J I H G F E D C B A N M

o o o o o o o o o oo o o o o o o o o o

o o

1

o o o o o o o o o o

1

o oo o o o o o o o o o o o o oo o o o o o o o o o o o o oo o o o o o o o o o o o o oo o

5o o o o o o o o o o

5

o oo o o o o o o o o o

o o o o o o o o o o o o o oo o o o o o o o o o o o o oo o o o o o o o o o o o o oo o

10 o o o o o o o o o o

10 o oo o o o o o o o o o o o o o

o o o o o o o o o oo o o o o o o o o o o o o oo o o o o o o o o o o o o oo o


15 o oo o o o o o o o o o o o o oo o o o o o o o o o o o o o

o o o o o o o o o oo o o o o o o o o o o o o oo o


20 o oo o o o o o o o o o o o o oo o o o o o o o o o o o o oo o o o o o o o o o o o o o

o o o o o o o o o oo o


25 o oo o o o o o o o o o o o o oo o o o o o o o o o o o o oo o o o o o o o o o o o o oo o o o o o o o o o o o o o30 o o o o o o o o o o

30

o o o o o o o o o oo o o o o o o o o o o o o oo o o o o o o o o o o o o oo o o o o o o o o o o o o oo o


35 o oo o o o o o o o o o o o o o

o o o o o o o o o oo o o o o o o o o o o o o oo o o o o o o o o o o o o oo o


40 o oo o o o o o o o o o o o o oo o o o o o o o o o o o o o

o o o o o o o o o oo o o o o o o o o o o o o oo o


45 o oo o o o o o o o o o o o o oo o o o o o o o o o o o o oo o o o o o o o o o o o o o

o o o o o o o o o oo o


50 o oo o o o o o o o o o o o o oo o o o o o o o o o o o o oo o o o o o o o o o o o o oo o o o o o o o o o o o o o55 o o o o o o o o o o

55

o o o o o o o o o o o o o oo o o o o o o o o o o o o oo o o o o o o o o o o o o oo o o o o o o o o o o o o oo o


60 o oo o o o o o o o o oo o o o o o o o o o

L K J I H G F E D C B A N M

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2.6 ) LE MULTIMETRE

Le contrôleur électriqueUn contrôleur électrique est un appareil qui permet de mesurer des grandeurs physiques telles que la tension et la résistance au passage du courant électrique. Il peut être respectivement utilisé en fonction voltmètre ou ohmmètre. Le contrôleur électrique est aussi appelé multimètre .

Un contrôleur électrique comporte :- un afficheur [1] à aiguille ou digital sur lequel est lue la mesure;- un sélecteur de calibre [2] qui indique la grandeur maximale pouvant être mesurée dans une plage donnée (par exemple 2-20 volts ou 2-20 kilo-ohms) ;- des bornes [3] de raccordement des cordons de mesure. La borne COM ( cordon noir ) est commune à toutes les fonctions. Une autre borne est utilisée en fonction de la grandeur électrique mesurée ( cordon rouge )

Le multimètre, photo et représentation schématique Cordons utilisés

Com V Ω mA10A

Tension courant continu( Piles )

Tension courant alternatif( secteur )

Intensité courant continu Résistance

Sélecteur

2

3

1

en fonction voltmètre :Il permet de contrôler une tension électrique entre deux points d'un circuit électrique. La tension s'exprime en volts ( symbole V ) .La mesure est effectuée en appliquant les deux pointes des cordons de mesure sur les points tests du circuit .

en fonction ohmmètre :Il permet de contrôler la résistance de composants ou de parties de circuit au courant électrique. La résistance s'exprime en ohms ( symbole Ω ) .

Une mesure de tension Une mesure de résistance



Consigne : Compléter la fiche élève EOC 1

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EXPERIMENTER OBSERVER COMPRENDREMANIPULATIONS DE BASE

Mesure de tension électrique

Mesure de résistance électrique

Consigne : Utiliser le matériel ci dessousCompléter les fiches élève EOC 2 et EOC 3

X 2

UTILISER LE MULTIMETRE

UTILISER LA PLAQUE LAB

Consigne : Réaliser le montage selon la photo ci-dessous avec le matériel mis à disposition

Réutiliser le matériel de l'activité précédente pour compléter la fiche élève EOC 4

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+

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Placer la roue hydraulique sous un robinet d’eau en respectant bien le sens de rotation de la roue.

Dans ce cas le micro moteur fait fonction de générateur.Lorsqu’on fait tourner l’arbre du moteur, le champ magnétique existant dans le moteur produit une tension que l’on peut recueillir au niveau des prises du moteur. Si on y raccorde la DEL, elle s’allume lorsque le courant circule. Étant donné que l’arbre du moteur doit tourner très vite, on démultiplie la rotation de la roue hydraulique ou de la roue de la turbine selon un rapport de 8 ( 8 tours de l'axe du moteur pour un tour de la turbine voir activités Transmission transformation du mouvement ) .Placer de nouveau la roue hydraulique sous un robinet d’eau de façon à la faire tourner suffisamment vite pour que la DEL s’allume. Ici aussi,attention au sens de rotation.

Depuis des siècles, l’homme utilise l’énergie cinétique de l’eau pour actionner directement des machines.

1 ) De l'énergie cinétique de l'eau à l'énergie mécanique

Dans ces trois cas, le principe d’entraînement est le même : on dirige l’eau sur une roue hydraulique, la roue tourne, et son mouvement est transmis directement à la machine en question par des éléments mécaniques.Pour illustrer ce principe d’entraînement, utilisons la maquette de la forge à marteau-pilon.

2 ) l’électricité produite par la force hydrauliquePour comprendre le principe de fonctionnement de ce système utilisons la maquette de la turbine hydroélectrique.

L'EAU : L'ÉNERGIE HYDRAULIQUE

Attention !- Le moteur est monté de manière à ne pas être mouillé si la maquette est manipulée avec précaution. Quelques éclaboussures d'eau n'auront aucun effet, mais ne le mettez pas directement sous le robinet ni dans l'eau!

Question 1 :Dans quels cas utilise-t-on la force hydraulique pour actionner directement un mécanisme ? Réponse :. Le moulin à eau. La scierie. La forge à marteau-pilon


Attention !- Cette expérience, et la suivante, sont parfaites pour inonder la salle de technologie. C'est certes très amusant, mais cela pourrait avoir des conséquences désagréables. En effet, le professeur ne verrait pas cette inondation d'un très bon œil, en revanche il appréciera que ce petit incident soit vite épongé à l'aide du matériel mis à disposition.

- Lorsque l'eau tombe latéralement sur les aubes de la turbine hydraulique, la quantité d'eau projetée reste limitée et la roue tourne alors de façon optimale.

Question 2 :Quels sont les inconvénients de cette façon d'utiliser l'énergie hydraulique?

Réponses :- On ne peut utiliser cette énergie que dans les endroits où il y a un courant d'eau, et donc uniquement ou bord des. fleuves et des rivières car il est difficile de la transporter à d'autres endroits. . On ne peut pas stocker cette énergie sauf en construisant un barrage. Il faut donc l'utiliser au moment même où elle est produite.- Cette énergie ne peut être employée que pour un usage limité, à savoir pour faire fonctionner des machines qui ne se déplacent pas.

Consignes : utiliser cette partie du livret pour compléter les fiches élève EOC 5 à 8

Vocabulaire technique de la centrale hydroélectriqueRotation axe horizontal, roue à aube (1) , axe de transmission (2) , grand pignon 40 dents (3) , petit pignon 10 dents (4 et 6) , pignon moyen, 20 dents, multiplicateur 1x8 (7) , accéléré, générateur électrique (8) .

Vocabulaire technique du marteau pilonRotation axe horizontal, renvoi à 90° , roue à aube (1),axe de transmission (2) ,vis sans fin (3) , grande roue dentée, 58 dents (4), petit pignon, 10 dents (5) , roue à cames (6), rotation alternative, marteau (7)

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Information compléméntaire : Les notions de transmission et de transformation du mouvement par des systèmes mécaniques mis en oeuvre dans ces maquettes sont étudiées dans les activités Mécanique et Statique


Le vent : l'énergie éolienne

2 ) Transformation de l'énergie cinétique du vent en énergie électriqueLa force éolienne est une autre manière de produire de l'électricité à partir d'une énergie renouvelable. Il existe de nombreuses régions où le vent souffle constamment, on peut alors utiliser l'énergie cinétique de l'air et la transformer en courant électrique. Nous allons illustrer cette méthode de production d'énergie à l'aide de la maquette de la centrale éolienne.

Une fois de plus, nous allons utiliser le moteur comme générateur pour produire de l'électricité, et la DEl comme moyen de visualiser que cela fonctionne effectivement.

Question :Il est clair que cette méthode de production d'énergie, tout comme l'énergie hydraulique, est non-polluante car elle ne produit pas de rejets gazeux et de plus réduit notre dépendance aux énergies fossiles.Mais quels sont les inconvénients de la force éolienne par rapport à la force hydraulique ou à la production d'énergie conventionnelle à partir de pétrole ou de charbon?

Réponse :- On ne peut produire du courant que lorsque le vent souffle. On ne peut pas accumuler le vent comme on accumule de l'eau dans un lac de retenue d'un barrage et l'utiliser quand on en a besoin.- les personnes qui critiquent les centrales éoliennes trouvent qu'elles enlaidissent le paysage car elles se trouvent toujours en terrain découvert et ont les voit de loin- Enfin, certains les trouvent bruyantes.

1 ) Transformation de l'énergie cinétique du vent en énergie mécaniqueLe Dossier Ressources Energie et Environnement parcourt rapidement l'histoire de l'utilisation de la force du vent dans les différentes civilisations humaines depuis l 'antiquité jusqu'à notre époque.

A notre tour d'expérimenter cette source d'énergie en utilisant la maquette de la scie éolienne.Cette maquette est une application parmi des dizaines d'autres possibles et va nous permettre d'étudier la transmission et les transformations du mouvement par des éléments mécaniques.

Consignes : utiliser cette partie du livret pour compléter les fiches élève EOC 9 à 12

Vocabulaire technique de la scie éolienneRotation axe vertical, rotation axe horizontal, réduit, multiplié, irréversible, hélice (1) , grand pignon 40 dents (2) , petit pignon 10 dents (3), axe de transmission (4), vis sans fin (5) , renvoi à 90°, pignon moyen 20 dents (6), système bielle-manivelle (7), linéaire alternatif, scie (8).

LDA

Information complémentaire : Les notions de transmission et de transformation du mouvement par des systèmes mécaniques mis en oeuvre dans ces maquettes sont étudiées dans les activités Mécanique et Statique


Plus il y a de lumière (et donc d'énergie) qui tombe sur la cellule photovoltaïque, plus les électrons deviennent mobiles, c'est-à-dire qu'ils peuvent parcourir un plus long chemin. Si on raccorde à présent la photopile à un appareil consommateur (moteur, lampe ou similaire), les électrons se déplaceront de préférence dans cette direction (comme s'ils étaient aspirés).On peut se représenter le flux de courant comme un circuit dans lequel il y a en permanence des électrons qui arrivent sur la couche n pour émigrer de nouveau vers la couche p : c'est ce flux d'électrons qui fait que du courant circule, et donc que le moteur tourne.

La photopile fournit une tension de 0,6 V et une intensité de courant maximal d'environ 930 mA. Le moteur possède une tension nominale de 2 V, mais commence déjà à tourner à partir de 0,3 V (à vide, c'est -à-dire lorsque l'arbre du moteur n'a pas à entraîner de maquette). Une seule photopile suffit donc à l'actionner.

Comment ça marche ?

Les cellules photovoltaïques ou photopiles sont faites de silicium. On découpe des blocs de silicium en tranches de 0,5 millimètres d'épaisseur, puis on les dope à l'aide de différents atomes étrangers, c'est-à-dire qu'on leur ajoute volontairement des impuretés qui créent un déséquilibre dans la structure du silicium. On obtient ainsi deux couches différentes, la couche p qui est positive et la couche n qui est négative.En d'autres termes, un flux électrique naît du fait que des électrons de la couche n, stimulés par la lumière incidente, se déplacent vers la couche p à travers l'appareil consommateur raccordé (par exemple un moteur).

Pour tous ceux qui s'intéressent à la physique, voici une explication plus détaillée de la façon dont la photopile produit de l'électricité :Sur la couche n de silicium, il y a maintenant un excédent d'électrons puisque le type d'atome étranger qu'on y a ajouté possède plus d'électrons que le silicium, résultat: des électrons libres circulent sur cette face dans tous les sens. Ces électrons peuvent parcourir certaines distances s'ils possèdent suffisamment d'énergie.Sur la face positive (couche p) en revanche, il manque des électrons puisque le type d'atome étranger qu'on y a ajouté possède moins d'électrons libres que le silicium, résultat: des trous se forment, on les appelle des lacunes. Ces lacunes peuvent accueillir des électrons s'il y en a à proximité.Les électrons libres '' émigrent '' donc de la couche n vers la couche p et comblent ces lacunes.Étant donné, cependant, que les électrons ne peuvent pas parcourir des distances infinies parce qu'ils possèdent trop peu d'énergie, ils n'occupent que les lacunes se trouvant dans une certaine zone du milieu. Cette zone s'appelle la couche de jonction ou couche d'arrêt.

Expérience 1 :Déterminer l'intensité lumineuse nécessaire pour faire tourner le moteur. Pour cela, tu peux utiliser une lampe munie d'une ampoule électrique (les tubes fluorescents ne conviennent pas). Peut-être y a-t-il même suffisarnment de lumière du jour dans ta pièce pour faire tourner le moteur sans source de lumière supplémentaire.

Expérience 2 :Avec un multimètre, il est possible de mesurer à partir de quelle tension le moteur se met à tourner, quelle est alors l'intensité du courant?Nous constaterons que le moteur ne peut pas développer beaucoup de puissance quand il ne fonctionne qu'avec une photopile. Si nous voulons à présent actionner une maquette fischertechnik, il existe plusieurs moyens d'accroître la puissance du moteur.

L'énergie photovoltaïque, comment ça marche ?Si on brûlait toutes les réserves de combustibles fossiles disponibles (bois, charbon, pétrole, gaz) de la terre pour produire de l'énergie, on obtiendrait la même quantité d'énergie que le soleil en donne en trois jours seulement ! Il est donc très intéressant de mettre à profit cette réserve d'énergie à la fois énorme et inépuisable pour produire de l'électricité, pour cela, on utilise des cellules photovoltaïques ou photopiles.

Faisons maintenant un essai en raccordant une seule photopile au moteur solaire de notre jeu de construction afin de voir combien de lumière est nécessaire pour faire tourner le moteur.

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Le coin des physiciens

EXPERIMENTER OBSERVER COMPRENDRELe soleil : l'énergie photovoltaïque

Charger le Goldcap grâce à l'énergie solaire ( voir page suivante )

Les maquettes Fischertechnik ont leurs propres panneaux photovoltaïques. La tension élecrique maximum délivrée par chacun de ces paneaux est inférieure à celle des panneaux vus précédement ( vérifier avec le multimètre ), mais leur utilisation est la même : alimenter différents récepteurs selon des branchements spécifiques aux besoins.

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Mini moteur

Consignes : utiliser cette partie du livret pour compléter la fiche élève EOC 14

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EXPERIMENTER OBSERVER COMPRENDREStockage et utilisation de l'énergie électrique

Pour commencer, nous allons voir pourquoi il est nécessaire de stocker l'énergie produite grâce à une source d'énergie renouvelable.Pour cela, construire ou si c'est déjà fait, utliser la maquette du véhicule solaire ( notice de montage p. 27 du Guide de montage Eco Power ). Ce véhicule est propulsé par un mini moteur alimenté par deux photopiles.

Au cours des essais, on peut déjà remarquer que ce mode de propulsion présente un grave inconvénient : le véhicule s'arrête aussitôt qu'il se trouve à l'ombre ou quitte la zone éclairée, ce qui est fort ennuyeux lorsqu'on a décidé de se rendre quelque part. . .On serait beaucoup plus autonome s'il était possible d'alimenter le véhicule grâce à un accumulateur d'énergie qu'on chargerait à l'aide d'une énergie renouvelable. Cela permettrait de faire fonctionner le véhicule pendant une certaine durée et par tous les temps.

L'accumulateur d'énergie GoldcapNotre jeu de construction contient un accumulateur de ce type : le Goldcap.Bien que gold signifie or en anglais, le Goldcap n'a rien à voir avec de l'or ni avec un alliage d'or. Il s'agit simplement du nom commercial de ce condensateur.Il se compose de deux morceaux de charbon activé séparés seulement par une mince couche isolante et se caractérise par une capacité extrêmement élevée. Le condensateur que nous utilisons a une capacité de 10 F (farad).Les condensateurs conventionnels ont une capacité de l'ordre de quelques µ-farads ou micro-farads (= 0,000001 F).

Charger le Goldcap grâce à l'énergie solaire

Charger le Goldcap en le branchant sur deux photopiles Fischertechnik branchées en série ( photo page précedente ) .La fiche rouge du Goldcap (+) se branche sur la prise rouge de la première photopile, la fiche verte (-) sur la prise verte de la deuxième photopile.Charger le Goldcap pendant env. 10 minutes, soit à la lumière du soleil si elle est suffisante soit en utilisant une lampe placée à une distance qui évitera à la photopile de chauffer de manière excessive. Suivre le chargement avec le multimètre ( mesure de tension ) . Quand le chargement est terminé, ( tension environ 1,2 V ) brancher le Goldcap sur le moteur du véhicule à la place des photopiles et observer.

Les photopiles sont branchées en série parce que le moteur est très fortement sollicité et a donc besoin d'une tension élevée au démarrage.

Mais attention !Ne jamais brancher le Goldcap sur une tension supérieure à 2,3 V, il risquerait d'exploser ! Ne le brancher en aucun cas sur un bloc d'alimentation 9 V fischertechnik ! Il est donc impératif de vérifier la tension de toute alimentation avant tout branchement en utilisant le multimètre.En montant les prises sur le Goldcap, faire attention de bien respecter la polarité des fiches (fiche verte sur le pôle moins). Il est également recommandé de raccourcir les deux fils de raccordement de manière qu'ils aient la même longueur.

Question :Pourquoi notre auto roule-t-elle aussi lentement et s'arrête-t-elle de nouveau relativement rapidement ?Réponse :Avec les deux photopiles, le chargement du Goldcap n'atteint qu'une tension de 1,2 V. Il ne se recharge donc qu'à peine de moitié et ne peut propulser l'auto que pendant une courte durée. Ce n'est pas idéal. Mais nous allons le voir, on peut faire mieux.

On peut utiliser le Goldcap comme un petit accumulateur. l'avantage qu'il présente par rapport à un accumulateur conventionnel réside dans le fait qu'il se recharge très rapidement, qu'il ne peut pas subir de surcharge, et qu'il n'y a pas de décharge profonde.

Rouler grâce à l'énergie solaire

Consignes : utiliser cette partie du livret pour compléter la fiche élève EOC 14

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La centrale éolienne permettant de produire une tension plus élevée que deux photopiles, le véhicule roule maintenant plus vite et plus longtemps.Que l'on charge l'accumulateur à l'aide d'énergie hydraulique, éolienne ou solaire, cela n'a en fait aucune importance. Les expériences que nous venons de faire avec le Goldcap ont avant tout permis de démontrer qu'il était possiblede propulser un véhicule grâce à une énergie renouvelable sans être directement dépendant du rayonnement solaire.

Question 2 :Combien de photopiles faudrait -il pour recharger complètement le Goldcap ?Réponse :4 photopiles. 0,6 V = 2,4 V. Ceci permettrait de recharger complètement notre accumulateur d'énergie.Remarque. :Quand on recharge le Goldcap à l'aide de photopiles, il se décharge à nouveau à travers celles-ci dès qu'il n'y a plus de lumière. Il ne faut donc le laisser branché sur les photopiles que tant que celles-ci reçoivent de la lumière.

Expérience 2 :Déterminer combien de temps l'auto roule avec un plein. Quelle vitesse atteint-elle?le résultat dépend avant tout du sol sur lequel l'auto roule (sol lisse ou moquette) et du taux de chargement du Goldcap.

Expérience 1 :Parallèlement au chargement, nous pouvons mesurer la tension existant au Goldcap à l'aide du multimètre, cela permettra de constater la progression du chargement. Plus l'hélice tourne vite, plus la tension produite est élevée et plus le Goldcap se recharge (jusqu'à 2,3 V au maximum).

Au début, l'hélice semble tourner difficilement, mais plus le réservoir se remplit, plus elle tourne facilement. Quand on arrête le ventilateur l'énergie en provenance du Goldcap fait de nouveau tourner le moteur. Mais attention, cela vide l'accumulateur. Le chargement du Goldcap prend env. 10 minutes.

2 ) Charger le Goldcap grâce à l'énergie éolienne

Nous allons maintenant charger le condensateur à l'aide de l'énergie éolienne. Pour cela, reprenons la centrale éolienne. Utiliser les 2 petits câbles PL-FT jaunes : brancher le câble (connecteur rouge) sur le pôle du Goldcap (rouge). Faire de même avec les pôles (vert). Connecter l'éolienne à la plaque lab puis les câbles jaunes en insérant leurs fiches dans les points de connexion de part et d'autre des pattes de la DEL.Faire tourner l'hélice de l'aérogénérateur en mettant le ventilateur en marche . Fermer le circuit avec l'interrupteur.Compléter le tableau de la fiche EOC 15

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LDA Stockage et utilisation de l'énergie électrique

Modèle de montage avec une DEL


LA PILE A COMBUSTIBLE UNE TECHNOLOGIE D'AVENIR DÉJÀ ANCIENNELe développement de la filière hydrogène repose en grande partie sur la technologie de la pile à combustible (PAC). Son principe n’est pas nouveau, puisqu’il fut découvert dès 1839 par William R. Grove. À l’époque, cet avocat anglais, chercheur amateur en électrochimie, constate qu’en recombinant de l’hydrogène et de l’oxygène, il est possible de créer simultanément de l’eau, de la chaleur et de l’électricité. La pile à combustible est née. C’est Francis T. Bacon, ingénieur, qui réalisera, en 1953, le premier prototype industriel de puissance notable (de l’ordre du kW).Mais seule la Nasa exploitera, dans les années 60, cette technologie pour fournir en électricité certains de ses vaisseaux Gemini et Apollo. Car si le principe de la PAC paraît simple, sa mise en œuvre est complexe et coûteuse, ce qui interdisait jusqu’alors sa diffusion dans le grand public. Aujourd’hui, des progrès ont été réalisés et les applications envisageables sont nombreuses. De la microPAC, qui ne produit que les quelques watts nécessaires à l’alimentation d’un téléphone mobile, à la pile capable de produire 1 MW pour fournir de l’électricité à un immeuble collectif, en passant par la pile destinée aux applications embarquées, dans le secteur des transports, il existe désormais toute une gamme de PAC. Le principe de fonctionnement est toujours le même, mais différentes technologies sont en développement. L'hydrogène devient ainsi un moyen de stocker de l'énergie électrique.

LDA Stockage et utilisation de l'énergie électrique

Mesure de la tension électrique générée par la pile à hydrogène

Alimentation du mini ventilateur par la pile a hydrogène

Recharge de la pile a hydrogène par photopile

Pile a hydrogène chargéel'eau remonte dans la partie supérieure sous la pression de l'hydrogène et de l'oxygène

Recharge de la pile a hydrogène par éolienne


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STATION P.E.


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