Formes et caractéristiques Activité N°3 d’Enseignement Transversal Groupe N°… _________________ Formes et caractéristiques des énergies Thermique Electrique Mécanique Lumineuse Date :

Rappels généraux sur les notions de puissance et d’énergie Définition de l’énergie (en physique) : Unité (SI) : Autres unité possibles : Définition de la puissance (en physique) : Unité (SI) : Autres unité possibles : Relations entre énergie et puissance :

Rappel des fondamentaux sur l’énergie thermique Expliquez les 3 types de transferts thermiques (illustrez vos propos par des dessins, schémas, images…)

Rappel des fondamentaux sur l’énergie thermique Complétez les informations (nom et unité) ci-dessous pour chaque grandeur caractéristique utilisée dans l’étude thermique d’une habitation en suivant l’exemple de « e ». e : épaisseur du matériau isolant en mètre (m) R : U : λ : Notez toutes les relations qui lient ces grandeurs :

Conductivité thermique (λ) Calcul permettant de trouver « R » Application sur l’approche thermique d’une habitation Complétez le tableau ci-dessous pour une épaisseur du matériau de 20 cm : matériaux Conductivité thermique (λ) Calcul permettant de trouver « R » R Béton   Acier liège Béton cellulaire paille

Application sur l’approche thermique d’une habitation Identifiez sur la maquette « VMC double flux » les trois matériaux d’isolation visibles. Recherchez dans des documents techniques le lambda (λ) de chacun d’eux Mesurez l’épaisseur de ces matériaux et calculez « R » pour chacun d’eux. Complétez le tableau ci-dessous. 3 2 1 Repères Matériau et épaisseur λ  Calcul pour trouver R  R 1   2 3

Application sur l’approche thermique d’une habitation Reprenez la résistance thermique correspondant à 20cm de paille et donner l’épaisseur d’acier qu’il faudrait pour obtenir cette même résistance thermique (détaillez le calcul) : Calculez les résistances thermiques de ces deux murs (détaillez le calcul) : Mur béton cellulaire de 25 cm : Mur composé :

Conclusion sur l’approche thermique d’une habitation Rédigez une conclusion de quelques lignes sur ce que vous pouvez retirer de l’approche thermique d’une habitation d’un point de vue économique, social et environnemental.

Rappel des fondamentaux sur l’énergie électrique Notez ci-dessous le symbole, le nom et l’unité de chaque grandeur caractéristique utilisée en électricité. Notez toutes les relations qui lient ces grandeurs :

Rappel des fondamentaux sur l’énergie électrique Expliquez a quoi correspondent les pertes par effet joule. Illustrez vos propos par un schéma, une image ou un dessin ? Expliquez en quoi il est important de dimensionner correctement les fils électriques (section en mm²) dans une habitation selon la charge utilisée:

Application sur l’approche de l’énergie électrique Relevez sur le compacteur BIGBELLY les valeurs ci-dessous lors d’un déplacement dans le vide (indiquez les unités). U : I : Calculez la puissance consommée par le moteur lorsqu’il se déplace dans le vide (précisez le calcul et les unités) : P : mesurez le temps de descente dans le vide (indiquez l’unité) t : Calculez l’énergie (en Joules) utilisée pour cette phase de fonctionnement (descente dans le vide). E :

Application sur l’approche de l’énergie électrique Relevez sur le compacteur BIGBELLY les valeurs maximales pour les grandeurs ci-dessous (indiquez les unités). U : I : Calculez la puissance consommée par le moteur à ce moment (précisez le calcul et les unités) : P = Expliquez à quel moment ces valeurs sont atteintes et expliquez pourquoi ?

Application sur l’approche de l’énergie électrique Proposez une procédure permettant de mesurer la puissance consommée par la maquette de l’axe z pendant la montée (avec la masse de la photo ci-contre). Utilisez les photos ci-contre pour illustrez vos propos et précisez les réglages nécessaires : Réalisez les mesures en présence du professeur et relevez les grandeurs : Pe1 = mesurez le temps de montée avec la charge : t = Calculez l’énergie (en Joules) utilisée pour cette phase de fonctionnement (montée en charge). Ee1 =

Application sur l’approche de l’énergie électrique Proposez une procédure permettant de mesurer les grandeurs électrique nécessaires au calcule la puissance électrique absorbée par le moteur électrique de la maquette « axe z » pendant la montée (avec la masse de la photo ci-contre) à l’aide d’un multimètre (utilisez les photos ci-contre pour illustrez vos propos et précisez les réglages nécessaires) :

Application sur l’approche de l’énergie électrique Après avoir vérifié que la maquette de l’axe z n’est pas reliée au secteur (prise débranchée), montrez au professeur votre procédure de prise de mesure permettant de calculer la puissance absorbée par le moteur dans la phase de montée. Réalisez les mesures en présence du professeur et relevez les grandeurs : U : I : Calculez la puissance consommée par le moteur lorsqu’il se déplace dans le vide (précisez le calcul et les unités) : Pe2 = mesurez le temps de montée avec la charge t : Calculez l’énergie (en Joules) utilisée pour cette phase de fonctionnement (montée en charge). Ee2 =

Rappel des fondamentaux sur l’énergie mécanique Notez ci-dessous le symbole, le nom et l’unité de chaque grandeur caractéristique utilisée en mécanique (translation et rotation). Notez toutes les relations qui lient ces grandeurs :

Rappel des fondamentaux sur l’énergie mécanique Expliquez a quoi correspondent les pertes par frottement dans un système mécanique. Illustrez vos propos par un schéma, une image ou un dessin ? Expliquez en quoi il est important dans certains systèmes mécaniques d’avoir recours à un système de refroidissement (donnez un exemple).

Application sur l’approche de l’énergie mécanique Sur la photo de la maquette « AXE Z » identifiez les éléments suivants : la charge, le moteur électrique, le dispositif de transmission de l’énergie, le coffret électrique.

Application sur l’approche de l’énergie mécanique Décrivez ci-dessous les étapes de mise en service de la maquette « AXE Z » en utilisant les photos proposées : …

Application sur l’approche de l’énergie mécanique Mesurez la masse de la charge appliqué sur la maquette « axe z » : m = …. Kg Effectuez les manipulations suivantes sur la maquette « axe z » En mode « manuel » : Faites un essai de fonctionnement. La charge étant dans sa position la plus basse, chronométrez la durée d’une montée complète : t = ….. secondes   Mesurez la hauteur maximale de déplacement de la charge : h = ….. cm = ……. m Donnez l’expression de la vitesse de déplacement v en fonction de la durée t et de la hauteur h : v = …. Calculez la vitesse de déplacement de la charge (formule littérale, application numérique, résultat et unité.) v =

Application sur l’approche de l’énergie mécanique A partir des mesures et calculs précédents calculez l’énergie mécanique nécessaire au déplacement de la masse. Précisez pour chaque calcul la formule littérale, l’application numérique, les résultat et les unités.) Ec =   Ep = Vous pouvez désormais calculer l’énergie mécanique Em : Em = Estimez la puissance minimale que le moteur doit fournir pour pouvoir faire monter cette charge si on néglige les pertes (précisez vos calculs) :

Rappel des fondamentaux sur l’énergie lumineuse Notez ci-dessous le symbole, le nom et l’unité de chaque grandeur caractéristique utilisée dans le domaine de l’énergie lumineuse Notez toutes les relations qui lient ces grandeurs :

Rappel des fondamentaux sur l’énergie lumineuse Rappelez les longueurs d’onde visibles par l’être humain (illustrez vos propos pas un dessin, un schéma ou une image) Identifiez sur le banc d’essai représenté ci-dessus au moins quatre types de lampes différentes : -

Puissance relevée (watts) Puissance indiquée sur l’emballage (watts) Application sur l’approche de l’énergie lumineuse Complétez le tableau ci-dessous à l’aide des emballages des lampes 1 à 5 :   Flux lumineux en lm Classement du flux au flux  Lampe N°1 Lampe N°2 Lampe N°3 Lampe N°4 Lampe N°5 Mesurez la puissance électrique consommée par chacune des lampes 1 à 5 et comparez avec les indications disponibles sur l’emballages :   Puissance relevée (watts) Puissance indiquée sur l’emballage (watts) Lampe N°1 Lampe N°2 Lampe N°3 Lampe N°4 Lampe N°5

Application sur l’approche de l’énergie lumineuse Que pouvez-vous conclure suite aux informations relevées précédemment sur l’efficacité lumineuse des lampes 1 à 5 ?

Identifier les pertes dans une machine à courant continu Un moteur synchrone est constitué d’un rotor (partie tournante) et d’un stator (partie fixe) qui sont tous les deux constitués d’enroulements de fils de cuivre. Ces enroulements ont une résistance électriques notée Re pour le stator et Ri pour le rotor. Schéma électrique correspondant à un moteur synchrone

Identifier les pertes dans une machine à courant continu Complétez le schéma ci-dessous en indiquant les grandeurs caractéristiques (cadres rouges) et les formes d’énergies (cadres bleus) Ue ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

Calcul du rendement d’une machine à courant continu Complétez la formule littérale du rendement d’un moteur (précisez les unités) : η = Les valeurs suivantes ont été relevées sur un moteur à courant continu à aimant permanent : En entrée : Ue = 120 V Ie : 10 A En sortie : Cm (couple moteur) : 110 daNm N : vitesse de rotation : 10 tr/min Calculez la puissance absorbée par le moteur : Pa = Recherchez la formule permettant de calculer la vitesse angulaire du moteur (ωm) en rad/s à partir de la vitesse de rotation en tr/min : ωm(rad/sec) = Indiquez le couple moteur selon l’unité SI : Cm = Calculez la puissance utile en sortie du moteur : Pu = Calculez le rendement du moteur : η =

Pour cela, créez une diapositive par repère. Caractéristiques des énergies du compacteur BIGBELLY Convertir Adapter Stocker Distribuer Transmettre Panneau solaire Repère 2 Régulateur Repère 1 Batterie Relais Moteur Réducteur Repère 3 Repère 4 Repère 5 Identifiez pour chacun des repères (1 à 5) les formes d’énergies et relevés les valeurs des grandeurs caractéristiques de ces énergies (illustrez vos propos par des captures d’écran, des photos…) Pour cela, créez une diapositive par repère.

Rendement de la maquette de l’axe z A l’aide des valeurs (Ee1, Ee2 et Em) calculées précédemment calculez les rendements suivants : 1 : Rendement de la partie « alimentation, commande et distribution » de la maquette : η1 = 2 : Rendement du moto réducteur + transmission mécanique : η2 = 3 : Le rendement total de la maquette ηtotal =

Rendement de la maquette de l’axe z Selon vous, sur quel partie du système serait-il pertinent d’agir pour améliorer le rendement du système ? Justifiez votre réponse.