Enseignement scientifique Terminale - 2024
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Sciences, climat et société
Ch. 1
L’atmosphère terrestre et la vie
Ch. 2
La complexité du système climatique
Ch. 3
Le climat du futur
Se préparer à l'évaluation - Thème 1
Le futur des énergies
Ch. 4
Deux siècles d’énergie électrique
Ch. 5
Conversion et transport de l’énergie électrique
Ch. 6
Énergie, développement et futur climatique
Se préparer à l'évaluation - Thème 2
Une histoire du vivant
Ch. 7
La biodiversité et son évolution
Ch. 8
L’évolution comme grille de lecture du monde
Ch. 9
L’évolution humaine
Ch. 10
Les modèles démographiques
Ch. 11
De l’informatique à l’intelligence artificielle
Se préparer à l'évaluation - Thème 3
Livret maths
Fiches méthode
Esprit critique et scientifique
Améliorer ses compétences
Fiches histoire
Annexes
Ch. 5
Exercices
Le coin des experts
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27Condensateur, un réservoir d'énergie électromagnétique
✔ Comparer différents dispositifs de stockage d'énergie
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Un condensateur est un dispositif pouvant stocker de l'énergie électrostatique. Il est constitué de deux électrodes
séparées par un matériau isolant.
Pendant la charge, les deux électrodes sont soumises à une tension électrique et des électrons migrent vers l'une des électrodes. Celle-ci se charge négativement tandis que la seconde se charge positivement.
Pendant la décharge, le condensateur est relié à un circuit électrique et les électrons se déplacent de l'électrode négative vers l'électrode positive : un courant circule dans le circuit.
Ces condensateurs ne peuvent stocker qu'une faible quantité d'énergie ; c'est pour cette raison que les supercondensateurs ont été développés. Entre chaque électrode et l'isolant, on ajoute un électrolyte qui contient des ions pouvant être adsorbés à la surface des électrodes. De plus, ces électrodes sont poreuses afin d'augmenter la surface d'adsorption, ce qui augmente encore la quantité d'énergie stockée.
Pendant la charge, les deux électrodes sont soumises à une tension électrique et des électrons migrent vers l'une des électrodes. Celle-ci se charge négativement tandis que la seconde se charge positivement.
Pendant la décharge, le condensateur est relié à un circuit électrique et les électrons se déplacent de l'électrode négative vers l'électrode positive : un courant circule dans le circuit.
Ces condensateurs ne peuvent stocker qu'une faible quantité d'énergie ; c'est pour cette raison que les supercondensateurs ont été développés. Entre chaque électrode et l'isolant, on ajoute un électrolyte qui contient des ions pouvant être adsorbés à la surface des électrodes. De plus, ces électrodes sont poreuses afin d'augmenter la surface d'adsorption, ce qui augmente encore la quantité d'énergie stockée.
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Doc.Schémas d'un supercondensateur déchargé et chargé
Schéma animé
Schéma statique
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Questions
1. Nommer la forme d'énergie
stockée dans un condensateur.
2. Préciser l'avantage d'un supercondensateur
par rapport à un
condensateur classique.
3. Identifier la principale différence
de constitution entre
un condensateur et un supercondensateur.
4. Indiquer la différence entre un
supercondensateur et un accumulateur
comme
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28Minimisation des pertes
✔ Calculer une puissance dissipée par effet Joule
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Pour limiter les pertes par effet Joule, l'électricité peut
être transportée dans deux câbles identiques. Chacun
des câbles transporte alors la moitié de l'intensité du
courant I qui traverserait un seul câble, tout en ayant la
même section que ce câble seul. L'intensité maximale
du courant qui peut parcourir les lignes aériennes à
haute tension est d'environ 0,7 \mathrm{~A} \cdot \mathrm{mm}^{-2}. Au-delà, le câble
s'échauffe trop et risque de se déformer.
\begin{array}{l|l}
& \begin{array}{l}
P_{\mathrm{j}}: \text {puissance dissipée par effet Joule }(\mathrm{W}) \\
\end{array} \\
P_{\mathrm{J}}=R \cdot I^2 & \begin{array}{l}
R: \text {résistance électrique }(\Omega)\\
I: \text {intensité du courant électrique }(\mathrm{A})
\\
\end{array} \\
R=\rho \cdot \frac{L}{S} & \begin{array}{l}
\rho: \text {résistivité du matériau }(\mathrm{\Omega \cdot \mathrm{m}}) \\
L: \text {longueur}\left(\mathrm{m}\right) \\
S: \text {section}\left(\mathrm{m}^2\right)
\end{array}
\end{array}
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Résistivité du cuivre :
\rho_{\text {cuivre}}=1,7 \times 10^{-8}\;\Omega \cdot \mathrm{m}
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Questions
1. Calculer l'intensité maximale du courant qui peut traverser
un câble haute tension de section 500 \mathrm{~mm}^2.
2. Calculer la résistance R d'un câble de longueur
L=100 \mathrm{~km} composé de cuivre.
3. En déduire le pourcentage de pertes par effet Joule
si ce câble transporte de l'énergie électrique à une
tension de 400 \mathrm{~kV}.
4. Reprendre la question 3 pour un câble dédoublé et
conclure quant à l'intérêt d'une telle solution.
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Exercice numérique
Usine marémotrice
✔ Décrire des chaînes de transformation énergétique
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Les usines marémotrices produisent de l'électricité grâce
au déplacement d'eau généré par les marées. En France,
l'usine de la Rance, en Bretagne, a été mise en service
en 1966. Cette usine possède 24 turbines pouvant chacune
entraîner un alternateur de 10 MW. La production
d'électricité se fait lorsque la marée monte et lorsqu'elle
descend, tant qu'il y a un déplacement d'eau au niveau
des turbines.
Mais la construction de cette usine n'a pas été neutre sur le plan environnemental : les écosystèmes ont été fortement touchés. Le barrage qui limite l'évacuation des alluvions vers la mer provoque un envasement de la Rance.
Mais la construction de cette usine n'a pas été neutre sur le plan environnemental : les écosystèmes ont été fortement touchés. Le barrage qui limite l'évacuation des alluvions vers la mer provoque un envasement de la Rance.
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Découvrez le fonctionnement de l'usine marémotrice de la Rance en vidéo :
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Doc.Fonctionnement d'une usine marémotrice.
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1. Représenter la chaîne énergétique de l'usine marémotrice.
2. Calculer la puissance maximale de l'installation.
3. La production d'énergie électrique annuelle moyenne de ce site est d'environ 500 \mathrm{\;GW·h}. Calculer la puissance moyenne de l'installation.
2. Calculer la puissance maximale de l'installation.
3. La production d'énergie électrique annuelle moyenne de ce site est d'environ 500 \mathrm{\;GW·h}. Calculer la puissance moyenne de l'installation.
4. Calculer le rendement moyen de l'installation.
5. Lister les avantages et les inconvénients d'une telle solution de production d'électricité.
5. Lister les avantages et les inconvénients d'une telle solution de production d'électricité.
| Avantages | Inconvénients |
|---|---|
| | |
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