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Thème 1 : Science, climat et société
Introduction
Ch. 1
L'atmosphère terrestre et la vie
Ch. 2
La complexité du système climatique
Ch. 3
Le climat du futur
Ch. 4
Énergie, développement et futur climatique
Objectif Bac : Thème 1
Thème 2 : Le futur des énergies
Introduction
Ch. 5
Deux siècles d’énergie électrique
Ch. 6
Les atouts de l’électricité
Ch. 7
Optimisation du transport de l’électricité
Ch. 8
Choix énergétiques et impacts
Objectif Bac : Thème 2
Thème 3 : Une histoire du vivant
Introduction
Ch. 9
La biodiversité et son évolution
Ch. 10
L’évolution, une grille de lecture du monde
Ch. 11
L’évolution humaine
Ch. 12
Les modèles démographiques
Ch. 13
De l’informatique à l’intelligence artificielle
Objectif Bac : Thème 3
Livret maths
Fiches méthode
Annexes
Chapitre 5
Exercices
Le repaire des initiés
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7Caractéristique d'une cellule photovoltaïque
✔ Savoir exploiter la caractéristique d'une cellule photovoltaïque
Les dimensions d'une cellule photovoltaïque d'un chargeur portable pour smartphone sont les suivantes : 15 cm de large et 30 cm de long. La plupart des smartphones nécessitent une puissance de 5 W pour être rechargés.
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1. Déterminer graphiquement les valeurs I_\text{CC} et U_\text{CO}.
2. Déterminer sur le graphe représentant la puissance P en fonction de la tension U, le point pour lequel la cellule délivre sa puissance maximale P_\text{max}. En déduire, en utilisant la caractéristique de l'intensité I en fonction de la tension U, les valeurs de l'intensité maximale I_\text{max} et de la tension maximale U_\text{max} correspondant à ce point de fonctionnement.
2. Déterminer sur le graphe représentant la puissance P en fonction de la tension U, le point pour lequel la cellule délivre sa puissance maximale P_\text{max}. En déduire, en utilisant la caractéristique de l'intensité I en fonction de la tension U, les valeurs de l'intensité maximale I_\text{max} et de la tension maximale U_\text{max} correspondant à ce point de fonctionnement.
3. Calculer la valeur de la puissance maximale P_\text{max} délivrée par la cellule photovoltaïque. Est-ce suffisant pour charger un smartphone ?
4. Calculer la puissance absorbée P_\text{abs} par la cellule photovoltaïque.
5. Calculer le rendement de la cellule.
4. Calculer la puissance absorbée P_\text{abs} par la cellule photovoltaïque.
5. Calculer le rendement de la cellule.
Formule
- Puissance absorbée par une cellule photovoltaïque : P_{abs} = E \cdot S, avec E l'éclairement exprimé en W⋅m-2 et S la surface de la cellule en m2.
Doc.
Caractéristique \bm{I(U)} et courbe de la puissance délivrée \bm{P(U)} de la cellule photovoltaïque, pour un éclairement moyen de 1 000 W⋅m-2 et à une température de 25 °C.
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8Pour ou contre le photovoltaïque
✔ Rédiger une réponse argumentée
L'énergie électrique produite grâce à l'énergie solaire apparaît comme une solution au problème de l'épuisement des ressources d'énergies fossiles telles que le charbon, le pétrole ou le gaz. Cependant, la production d'énergie électrique via l'énergie solaire ne se résume pas au photovoltaïque.
1. Rechercher les différentes utilisations de l'énergie solaire pour produire de l'énergie électrique.
2.
L'énergie électrique produite grâce à l'énergie solaire apparaît comme une solution au problème de l'épuisement des ressources d'énergies fossiles telles que le charbon, le pétrole ou le gaz. Cependant, la production d'énergie électrique via l'énergie solaire ne se résume pas au photovoltaïque.
1. Rechercher les différentes utilisations de l'énergie solaire pour produire de l'énergie électrique.
2.
Oral
Rechercher les arguments en faveur de l'un des deux points de vue suivants afin de le défendre lors d'un
débat d'idées :
- idée n° 1 : l'énergie électrique produite à partir de cellules photovoltaïques est l'avenir et doit remplacer la production d'énergie à partir des énergies fossiles ou nucléaires ;
- idée n° 2 : l'énergie électrique produite à partir de cellules photovoltaïques ne suffira pas pour remplacer les autres formes de production de l'énergie.
Enregistreur audio
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9Exercice autocorrigéAlternateur bouteille/alternateur moyeu
✔ Définir le rendement d'un alternateur et citer un phénomène susceptible de l'influencer
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Un alternateur bouteille est un alternateur dont la rotation est assurée par l'une des roues du vélo avec laquelle elle est en contact. Depuis une dizaine d'années, les bicyclettes sont dotées d'un nouveau type alternateur : l'alternateur moyeu. Ce type d'alternateur est placé directement dans l'axe de rotation de la roue de vélo. Une cycliste roulant à une vitesse moyenne de 20 km⋅h-1 développe une puissance de 310 W. On estime que 2 % de cette puissance est transférée à la roue et sert à mettre en rotation l'alternateur.
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Un alternateur bouteille est un alternateur dont la rotation est assurée par l'une des roues du vélo avec laquelle elle est en contact. Depuis une dizaine d'années, les bicyclettes sont dotées d'un nouveau type alternateur : l'alternateur moyeu. Ce type d'alternateur est placé directement dans l'axe de rotation de la roue de vélo. Une cycliste roulant à une vitesse moyenne de 20 km⋅h-1 développe une puissance de 310 W. On estime que 2 % de cette puissance est transférée à la roue et sert à mettre en rotation l'alternateur.
1. Calculer la puissance en watt transmise à la roue servant à mettre en rotation les alternateurs.
2. Relever les valeurs de la puissance produite pour chaque type d'alternateur, pour une vitesse égale à celle de la cycliste.
2. Relever les valeurs de la puissance produite pour chaque type d'alternateur, pour une vitesse égale à celle de la cycliste.
3. En déduire le rendement de chaque type d'alternateur.
4. La puissance nécessaire pour les lampes d'un vélo est comprise entre 3 et 6 W. Quel pourrait être l'intérêt d'utiliser un alternateur moyeu plutôt qu'un alternateur bouteille ?
4. La puissance nécessaire pour les lampes d'un vélo est comprise entre 3 et 6 W. Quel pourrait être l'intérêt d'utiliser un alternateur moyeu plutôt qu'un alternateur bouteille ?
Doc. 1
Un alternateur bouteille a et un alternateur moyeu b
a
b
Doc. 2
Puissance développée en fonction de la vitesse du vélo pour un alternateur bouteille (vert) et un alternateur moyeu (bleu)
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10Produire un courant alternatif
✔ Reconnaître les éléments principaux d'un alternateure
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Le sens du courant électrique produit par induction et circulant dans les fils d'une bobine dépend de deux facteurs :
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Le sens du courant électrique produit par induction et circulant dans les fils d'une bobine dépend de deux facteurs :
- le mouvement relatif de l'aimant par rapport à la bobine ;
- le sens du champ magnétique par rapport à la bobine, c'est-à-dire la nature du pôle (nord ou sud) qui fait face à la bobine.
En reproduisant le schéma ci-dessus, expliquer comment un courant électrique circulant alternativement dans les deux sens est produit lors de la rotation de l'aimant.
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Doc.
Schéma d'un alternateur à courant alternatif
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