Manifestation d'un crise mondiale

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Mobilisation des acquis Vu en cycle 4 (physique-chimie):

– les différentes formes d’énergie (énergie associée au mouvement, énergie électrique);

– les conversions d’énergie;

– les notions de tension, intensité et puissance électriques.

Les grandes idées à construire

- Le phénomène d’induction électromagnétique est découvert au xixe  siècle par le britannique Michael Faraday.

- L’alternateur électrique exploite le phénomène d’induction électromagnétique.

- Les principaux constituants d’un alternateur sont une source de champ magnétique et une bobine.

- Le rendement d’un alternateur est très élevé et proche de 1.

Les compétences travaillées

S’approprier: extraire et organiser l’information contenue dans divers documents (texte, schémas).

Réaliser: mettre en œuvre un protocole expérimental; calculer un rendement.

Les représentations de l’élève

- Les élèves connaissent tous la «dynamo», qui permet d’allumer la lampe d’un vélo lorsque l’on pédale. Mais il est peu probable qu’ils fassent le lien entre l’alternateur de vélo et l’alternateur industriel présent dans les centrales électriques.

- Même si les élèves ont déjà utilisé un alternateur de vélo au collège (lors de l’étude d’un transfert énergétique), ils n’ont pas analysé les différents constituants d’un alternateur et en ignorent donc le fonctionnement

Ce que disent les documents 

1 Ce document expose l’expérience réalisée par Michael Faraday en 1831, expérience ayant permis de mettre en évidence le phénomène d’induction électromagnétique. Un schéma détaillé accompagne le texte, afin de mieux comprendre les diverses étapes de l’expérience. La bobine A, lorsqu’elle est reliée à la pile, produit un champ magnétique dans l’anneau de fer. L’apparition de ce champ crée un courant électrique dans la bobine B. En déconnectant la bobine A de la pile, le champ magnétique disparaît dans l’anneau de fer et un courant électrique (de sens opposé au précédent) apparaît dans la bobine B.

? Idée de question: – Existe-t-il d’autres moyens que la pile associée à la bobine A pour créer un champ magnétique dans l’anneau de fer?

2 Cette photo présente un cycliste roulant de nuit avec les lampes allumées grâce à l’alternateur électrique communément appelé dynamo. L’objectif de cette photo est de faire comprendre aux élèves que l’alternateur de vélo exploite le phénomène d’induction électromagnétique découvert par Faraday.

? Idée de question: – Que se passe-t-il si le cycliste arrête de pédaler?

Activité expérimentale

Cette expérience nécessitant très peu de matériel, permet de mettre en évidence le phénomène d’induction électromagnétique découvert par Faraday. Le courant apparaît dans la bobine dès lors que l’aimant et la bobine sont en mouvement l’un par rapport à l’autre. Si ces deux éléments sont immobiles, il n’y a pas de courant: il est alors possible de faire le parallèle avec les lampes du vélo qui s’éteignent dès que le cycliste cesse de pédaler.

3 Ce document présente les principaux constituants d’un alternateur, qu’il s’agisse d’un simple alternateur de vélo ou d’un alternateur industriel. Dans le cas de l’alternateur industriel, le champ magnétique est créé par un électroaimant, soit une bobine parcourue par un courant électrique. Il est important, dans ce cas, de bien faire la différence entre le courant électrique utilisé pour produire un champ magnétique, et le courant électrique produit par le phénomène d’induction.

? Des idées de questions: – Dans le cas d’un alternateur industriel, quel est l’intérêt d’utiliser du courant électrique pour produire un courant électrique?

– Dans une centrale hydroélectrique, quel élément entraîne la rotation du rotor? Qu’en est-il dans une éolienne?

4 Ce document donne l’expression du rendement d’un alternateur électrique en fonction de l’énergie électrique, ou en fonction de la puissance électrique, deux grandeurs déjà rencontrées au collège. La présence d’une chaîne énergétique (schéma) permet à l’élève de bien comprendre ce qui se passe au niveau de l’alternateur électrique. À noter qu’au collège, on parle d’énergie «perdue» et non d’énergie «dissipée».

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