Thème 6 – Les génératrices et les moteurs

Concepts clés : Électricité et magnétisme L’accumulation d’énergie Transmission d’énergie Production d’électricité Après avoir lu ce thème tu dois pouvoir : Expliquer le lien entre l’électricité et le magnétisme Expliquer l’emploi des génératrices pour convertir l’énergie mécanique en énergie électrique et des moteurs pour convertir l’énergie électrique en énergie mécanique Décrire les répercussions de l’emploi d’énergie électrique sur la société et sur l’environnement Indiquer diverses sources d’énergie électriques, tels le pétrole, le gaz, le charbon, la biomasse, le vent

La grande partie de notre électricité est une énergie mécanique convertie. L’énergie mécanique est fournie par des systèmes ayant des éléments mobiles. Par exemple un moulin à vent, des turbines rotatives, ou, les eaux en mouvement des rivières et des marées. L’appareil qui convertit l’énergie mécanique en énergie électrique s’appelle une génératrice.

De l’électricité au magnétisme L’idée de la première génératrice remonte à la découverte en 1820, de Hans Christian Oersted et d’André Marie Ampère. Décris qu’est-ce que Oersted avait observé entre l’électricité et le magnétisme. Si on passe un courant électrique à travers d’un fil électrique et on l’approche à une boussole, l’aiguille de la boussole bouge. (L’inversion du courant cause une déviation dans l’autre direction.

Les électro-aimants L’insertion d’un noyau de fer tendre dans une bobine dont le fil est traversé par un courant, crée un aimant provisoire (temporaire) tout aussi puissant. Cet aimant s’appelle un électro-aimant. On doit à Michael Faraday la découverte des principes fondamentaux de l’électromagnétisme http://www.youtube.com/watch?v=TEVEBzNSwTU .

Le savais-tu : Chaque atome se comporte comme un minuscule aimant qui possède un pôle nord et un pôle sud. Dans des matières comme le fer, les atomes se rassemblent en domaines magnétiques, où toutes les faces polaires nord s’orientent dans la même direction. Par contre, l’orientation des domaines d’objets neutres est aléatoire (random). Les effets magnétiques de leurs domaines s’annulent.

Du magnétisme à l’électricité Un aimant peut produire des effets électriques. Quand il y a le mouvement d’un fil et d’un aimant l’un près de l’autre, une différence de potentiel (tension) est induite dans le fil. Des superoutils : Par exemple, le maglev (train à lévitation magnétique) utilise la répulsion entre les électro-aimants montés sur les wagons et les électro-aimants situés entre les rails afin de soulever l’ensemble du train au-dessus de la voie, réduisant ainsi le frottement mécanique et augmentant le rendement. Les équipements d’IRM (l’imagerie par résonance magnétique) produisent des images détaillées des tissus mous, que les rayons X ne peuvent pas détecter.

Maglev Train http://www.youtube.com/watch?v=weWmTldrO yo

Qu’est ce qu’une génératrice ? La génératrice de courant alternatif (AC en anglais) la forme la plus courante, possède une bobine de fil tournant dans un champ magnétique statique. Une force extérieure, souvent fournie par la vapeur, des chutes d’eau ou du vent, entraîne la bobine. Dessine et décris comment marche une génératrice du courant alternatif. (p.313) http://science.howstuffworks.com/electricity3.ht m

L’électricité produite par cette génératrice est appelée courant alternatif (c.a.), car il change ou alterne sa direction. Il est facile d’augmenter ou de diminuer la tension du courant alternatif. La tension est élevée pour être transportée sur de longues distances. Puis la tension doit être abaissée par des transformateurs avant d’être utilisée par le consommateur.

Les génératrices de courant continu Les génératrices peuvent aussi produire du courant continu ( c.c. ou DC en anglais) ou du courant qui ne va que dans une seule direction. Ces génératrices sont souvent appelées des dynamos. Dans les dynamos, l’induit (boucles rotatives métalliques) est raccordé au circuit de sortie par un commutateur à entrefer (split ring commutator).

La génératrice de courant continue http://www.youtube.com/watch?v=gYiI6i9Zq4Y La différence entre courant alternatif et courant continue http://www.youtube.com/watch?v=JZjMuIHoBe g&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=iDH- RiDxqE4&NR=1

Les moteurs électriques : de l’énergie électrique à l’énergie mécanique Un moteur électrique peut être construit exactement de la même manière qu’une génératrice. Mais au lieu de produire de l’électricité, un moteur utilise de l’électricité pour faire tourner une bobine de fil entre les pôles d’un aimant. La bobine (l’induit) est raccordée à une source d’énergie électrique.

Les moteurs à courant continu Des forces magnétiques entre le champ magnétique et l’induit, se comportant en électro-aimant, entraînent la rotation des moteurs à courant continu.

De nombreux appareils renferment des moteurs à courant alternatif. Énonce 4 appareils qui utilisent des moteurs à courant alternatif les lave-vaisselles les machines à laver les ouvre-portes de garage les appareils de chauffage

Les moteurs à courant alternatif ont une bobine rotative ou rotor. Cette bobine est faite d’un anneau de fils conducteurs non magnétiques. L’anneau est raccordé à ses extrémités et maintenu dans un cylindre d’acier laminé. Un composant statique, appelé stator, entoure le rotor. Dans sa forme la plus simple, le stator est un électro-aimant à deux pôles.