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Produire, stocker et distribuer l'électricité

Produire, convertir, utiliser

Dans ce cours, nous allons étudier les circuits électriques et tenter d'apporter des réponses à des questions pratiques :

  • comment produire et transporter de l'électricité
  • comment convertir l'électricité d'une forme à une autre
  • comment distribuer les tensions et intensités dans un circuit
  • comment évaluer la puissance fournie à un dipôle
  • comment évaluer l'efficacité d'un circuit électrique

Nous allons donc aborder des thèmes variés tels que les schémas électriques, la tension alternative, les transformateurs et redresseurs de tension, la conservation de l'électricité, le filtrage.

Les objectifs du référentiel sont listés ci-dessous.

Référentiel

Rappels : les bases de l'électricité

Caractériser et exploiter un signal électrique

  • Lire et représenter un schéma électrique; réaliser un montage à partir d'un schéma
  • Identifier les grandeurs, avec les unités et symboles associés, indiquées sur la plaque signalétique d'un appareil
  • Mesurer l'intensité d'un courant électrique; mesurer la tension aux bornes d'un dipôle
  • Utiliser la loi des nœuds, la loi des mailles, dans un circuit comportant au plus deux mailles
  • Réaliser et exploiter la caractéristique du dipôle électrique constitué d'un capteur, modélisé par la relation U = f(i)
  • Distinguer une tension continue d'une tension alternative
  • Déterminer graphiquement la valeur maximale et la période d'une tension alternative sinusoïdale
  • Exploiter la relation entre période et fréquence
  • Décrire un signal périodique et donner les valeurs le caractérisant (valeur efficace et maximale, période, fréquence)

Distinguer énergie et puissance électrique

  • Mesurer la puissance électrique reçue pendant une durée donnée par un appareil utilisé en régime continu
  • Calculer la puissance électrique reçue pendant une durée donnée par un appareil utilisé en régime continu
  • Établir expérimentalement la relation entre la puissance électrique reçue, la valeur de la tension et celle de l'intensité en régime continu

Transport d'une puissance électrique

Transporter l'énergie sous forme électrique

  • Représenter le schéma simplifié d'un réseau de distribution d'énergie électrique à l'échelle d'un pays et d'une installation domestique
  • Justifier l'intérêt du transport d'énergie électrique à grande distance sous haute tension
  • Mettre en évidence expérimentalement le rôle d'abaisseur ou d'élévateur de tension d'un transformateur

Évaluer la puissance consommée par un appareil électrique

  • Réaliser, en régime sinusoïdal, à l'aide d'une expérimentation assistée par ordinateur (ExAO), le produit d'une tension aux bornes d'un dipôle et de l'intensité du courant qui le traverse
  • Mesurer un déphasage entre la tension aux bornes d'un dipôle et l'intensité qui le traverse
  • Mesurer une puissance active à l'aide d'un système d'acquisition associé à un capteur voltmètre et un capteur ampèremètre

Obtenir un courant continu à partir d'un courant alternatif et inversement

  • Mettre en évidence expérimentalement le rôle d'une diode et d'un pont de diodes dans un circuit
  • Définir les fonctions de transformation alternatif - continu
  • Réaliser le redressement puis le filtrage à l'aide d'un condensateur d'un courant alternatif
  • Savoir qu'un onduleur permet de passer d'un courant continu à un courant alternatif

Stockage électrochimique de l'électricité

  • Réaliser expérimentalement une pile et mesurer la tension aux bornes de cette pile
  • Déterminer les transformations se produisant sur chacune des électrodes, les équations de demi-réaction étant données
  • Étudier expérimentalement la charge et la décharge d'un accumulateur
  • Calculer l'énergie stockée par un accumulateur à partir de sa capacité et de la tension d'utilisation
  • Comparer l'énergie stockée par unité de masse pour un type d'accumulateur donné

Transformer une tension alternative

Caractériser un champ magnétique

  • Identifier les pôles d'un aimant et d'une bobine parcourue par un courant continu
  • Déterminer expérimentalement le sens d'un champ magnétique crée par un courant électrique
  • Déterminer le sens du champ magnétique crée par un courant dans une bobine, connaissant le sens du courant qui la parcourt
  • Vérifier, pour une bobine sans fer, que l'intensité du champ magnétique créée est proportionnelle à l'intensité du courant qui la traverse

Obtenir de l'énergie électrique par induction électromagnétique

  • Produire expérimentalement une tension alternative dans un circuit fixe soumis à un champ magnétique variable dans le temps
  • Produire expérimentalement une tension alternative dans un circuit mobile soumis à un champ magnétique constant dans le temps
  • Mettre en évidence la loi de Lenz dans une expérience d'induction électromagnétique
  • Mettre en évidence expérimentalement la force qui s'exerce sur un conducteur placé dans un champ magnétique donnée et parcouru par un courant continu
  • Illustrer expérimentalement le principe de fonctionnement d'un haut parleur
  • Comparer expérimentalement les courbes de réponse de différents haut-parleurs et les classer (tweeter, medium, boomer)
  • Déterminer expérimentalement la bande passante d'un microphone

Moteurs électriques

  • Pour un moteur, mettre en évidence expérimentalement le principe de conversion d'énergie électromécanique par un bilan de puissance
  • Reconnaître un moteur à courant continu et un moteur asynchrone à partir de sa plaque signalétique
  • Pour un moteur à courant continu, vérifier expérimentalement l'influence de la valeur de la tension d'alimentation sur sa fréquence de rotation
  • Pour un moteur asynchrone, vérifier expérimentalement l'influence de la fréquence de la tension d'alimentation sur sa fréquence de rotation

Le réseau triphasé

  • Identifier les conducteurs des lignes monophasées et des lignes triphasées selon le code de couleur normalisé
  • A l'aide d'un oscilloscope ou d'une expérimentation assistée par ordinateur (ExAO), visualiser les courbes représentant les diverses tensions d'une distribution triphasée en fonction du temps et mesurer leurs déphasages relatifs
  • Utiliser la relation fournie entre la valeur efficace d'une tension simple et celle d'une tension composée
  • Représenter les couplages étoile et triangle
  • Mesurer, dans le cas d'un montage équilibré étoile ou triangle, l'intensité du courant de ligne et l'intensité du courant dans une des branches
  • Calculer, dans le cas d'un montage triangle équilibré, l'intensité du courant de ligne à partir de l'intensité du courant en branche, et réciproquement