Électricité : produire dans une centrale

Complète avec le mot ou le nombre qui convient.

1. Dans un alternateur, la partie qui tourne s’appelle le .
   La partie mobile, qui porte l’aimant, est le rotor.
2. La partie fixe, qui porte les bobines de fil de cuivre, s’appelle le .
   Fixe, comme le dit son nom : le stator.
3. L’alternateur convertit l’énergie de sa rotation en énergie électrique.
   Un objet qui tourne possède de l’énergie cinétique (une énergie mécanique).
4. L’aimant s’arrête de tourner : la tension aux bornes de la bobine vaut V.
   Sans mouvement, aucune tension : 0 V.
5. Les deux pôles de l’aimant passent tour à tour devant la bobine : la tension produite est .
   Elle change de signe à chaque passage d’un pôle : elle est alternative.

Prévois ce qui se passe. Écris le mot entre parenthèses qui convient.

1. On fait tourner l’aimant deux fois plus vite : la tension maximale (augmente, diminue, ne change pas).
   Plus la rotation est rapide, plus la tension est grande : elle augmente.
2. On garde l’aimant immobile tout contre la bobine : la DEL reliée à la bobine (s’allume, reste éteinte).
   Un aimant immobile ne produit aucune tension : la DEL reste éteinte.
3. On garde l’aimant fixe et on fait tourner la bobine devant lui : une tension (apparaît, n’apparaît pas).
   Ce qui compte, c’est le mouvement de l’un par rapport à l’autre : une tension apparaît.
4. Une radio à manivelle, sans pile ni batterie, se tait dès qu’on (accélère, arrête) de tourner la manivelle.
   Plus de rotation, plus de tension : la radio se tait quand on arrête.

Une éolienne et son alternateur.

1. Le multiplicateur, placé entre les pales et l’alternateur, fait tourner le rotor plus .
   Les pales tournent lentement ; les engrenages du multiplicateur font tourner le rotor plus vite, pour une tension plus grande.
2. Un jour sans vent, l’éolienne fournit W.
   Rien ne fait tourner le rotor : 0 W. L’alternateur ne crée pas d’énergie.
3. L’alternateur reçoit 50 kW sous forme cinétique et fournit 48 kW sous forme électrique. Il dissipe kW.
   50 − 48 = 2 kW, dissipés sous forme thermique : l’alternateur chauffe un peu.
4. Le rendement de cet alternateur est de %.
   48 ÷ 50 = 0,96, soit 96 % : un alternateur perd très peu.

Complète le bilan.

1. Une centrale reçoit 1 250 MW et fournit 500 MW électriques. Puissance dissipée : MW
   1 250 − 500 = 750 MW.
2. Une centrale fournit 450 MW électriques et dissipe 550 MW. Puissance reçue : MW
   450 + 550 = 1 000 MW.
3. Dans une centrale thermique, l’énergie dissipée part surtout sous forme .
   C’est de la chaleur : énergie thermique, rejetée dans l’eau ou dans l’air.
4. Après la turbine, la vapeur redevient liquide dans le , refroidi par l’eau d’un fleuve ou de la mer.
   Le condenseur : c’est là qu’une centrale thermique rejette l’essentiel de sa chaleur.

Calcule le rendement en % ou la puissance demandée.

1. Une centrale au charbon reçoit 2 000 MW et fournit 800 MW électriques. Rendement : %
   800 ÷ 2 000 = 0,4, soit 40 %.
2. Une centrale au gaz reçoit 1 200 MW et fournit 660 MW électriques. Rendement : %
   660 ÷ 1 200 = 0,55, soit 55 %.
3. L’eau d’un barrage apporte 80 MW à la turbine ; l’alternateur fournit 72 MW. Rendement : %
   72 ÷ 80 = 0,9, soit 90 % : pas de condenseur, très peu de pertes.
4. Une centrale de rendement 35 % reçoit 3 000 MW. Puissance électrique fournie : MW
   3 000 × 0,35 = 1 050 MW.

Énergie produite, puissance reçue, barrage (g = 9,8 N/kg).

1. Une centrale de 500 MW fonctionne 24 h à pleine puissance. Énergie fournie : MWh
   E = P × t = 500 × 24 = 12 000 MWh.
2. Cette énergie vaut GWh.
   1 GWh = 1 000 MWh : 12 000 ÷ 1 000 = 12 GWh.
3. Un réacteur fournit 1 300 MW électriques avec un rendement de 34 %. Puissance reçue, arrondie à la centaine : MW
   Reçue = électrique ÷ rendement = 1 300 ÷ 0,34 ≈ 3 824, soit environ 3 800 MW.
4. Chaque seconde, 10 000 kg d’eau d’un barrage descendent de 150 m. Énergie de position libérée chaque seconde : MJ
   10 000 × 9,8 × 150 = 14 700 000 J = 14,7 MJ : la turbine reçoit 14,7 MW.

Complète.

1. Une pile fournit une tension (continue ou alternative).
   Même signe et même valeur en permanence : tension continue.
2. À l’oscilloscope, une tension continue donne une droite .
   Sa valeur ne change pas au cours du temps : droite horizontale.
3. La durée d’un motif qui se répète s’appelle la .
   C’est la période T, en secondes.
4. Quand sa courbe a la forme d’une vague régulière, une tension alternative est dite .
   Elle est sinusoïdale, comme celle du secteur.
5. Sur une prise de courant, un voltmètre en mode alternatif indique V.
   230 V, la valeur efficace de la tension du secteur.

Calcule avec f = 1 ÷ T ou T = 1 ÷ f.

1. T = 0,004 s : f = Hz
   1 ÷ 0,004 = 250 Hz.
2. T = 5 ms : f = Hz
   5 ms = 0,005 s ; 1 ÷ 0,005 = 200 Hz.
3. f = 20 Hz : T = s
   1 ÷ 20 = 0,05 s (50 ms).
4. Aux États-Unis, le secteur est à 60 Hz : T = ms (arrondie au dixième)
   1 ÷ 60 ≈ 0,016 67 s, soit environ 16,7 ms.
5. Un aimant simple (un pôle nord, un pôle sud) fait 15 tours par seconde devant une bobine : f = Hz
   Un tour = une période : 15 Hz.

Voici l’oscillogramme d’une tension délivrée par un alternateur de laboratoire. Réglages : sensibilité verticale 2 V/div ; durée de balayage 10 ms/div.

1. Valeur maximale : U_max = V
   La crête monte à 3 divisions : 3 × 2 = 6 V.
2. T = ms
   Un motif complet occupe 4 divisions : 4 × 10 = 40 ms.
3. Fréquence : f = Hz
   40 ms = 0,04 s ; 1 ÷ 0,04 = 25 Hz.
4. La plus petite valeur prise par la tension : V
   Le creux descend à 3 divisions sous l’axe : −6 V. La tension change de signe : elle est alternative.
5. Pour obtenir la fréquence du secteur, il faut faire tourner l’alternateur fois plus vite.
   50 ÷ 25 = 2 : deux fois plus vite (et la tension maximale augmentera aussi).

Complète.

1. Pour augmenter une tension alternative, on utilise un transformateur .
   Il élève la tension : transformateur élévateur.
2. Le transformateur de quartier, qui passe de 20 000 V à 230 V, est un transformateur .
   La tension diminue : abaisseur.
3. Les grandes lignes de transport françaises sont sous 400 000 V ou sous V.
   400 000 V ou 225 000 V : la très haute tension.
4. Un transformateur branché sur une batterie de 12 V (tension continue) fournit en sortie V.
   Un transformateur ne fonctionne qu’en alternatif : 0 V.
5. En France, le réseau de transport à très haute tension est géré par .
   RTE (Réseau de transport d’électricité) ; la distribution en 20 000 V et 230 V est gérée par Enedis.

Calcule l’intensité avec I = P ÷ U (1 MW = 1 000 000 W ; 1 kV = 1 000 V).

1. 120 MW transportés sous 400 kV : I = A
   120 000 000 ÷ 400 000 = 300 A.
2. Les mêmes 120 MW sous 20 kV : I = A
   120 000 000 ÷ 20 000 = 6 000 A.
3. Sous 400 kV, l’intensité est fois plus petite que sous 20 kV.
   6 000 ÷ 300 = 20, comme 400 ÷ 20 : la tension est 20 fois plus grande.
4. Une ligne à 225 kV transporte 450 MW : I = A
   450 000 000 ÷ 225 000 = 2 000 A.

Intensité, tension et pertes.

1. Un logement reçoit 9 200 W sous 230 V : I = A
   9 200 ÷ 230 = 40 A.
2. Pour transporter 600 MW avec une intensité de 1 500 A, il faut une tension de kV.
   U = P ÷ I = 600 000 000 ÷ 1 500 = 400 000 V = 400 kV.
3. Le réseau de transport perd environ 2,5 % de la puissance qu’il reçoit. Pour 80 GW reçus, il perd GW.
   80 × 0,025 = 2 GW, dissipés par effet Joule surtout.
4. Plus l’intensité dans un câble est faible, plus son échauffement par effet Joule est (fort ou faible).
   L’échauffement augmente avec l’intensité : intensité faible, échauffement faible.

Écris le mot qui convient.

1. La consommation dépasse la production : la fréquence du réseau (augmente ou diminue).
   Les alternateurs ralentissent : la fréquence diminue sous 50 Hz.
2. La production dépasse la consommation : la fréquence (augmente ou diminue).
   Elle augmente au-dessus de 50 Hz.
3. Une STEP qui pompe l’eau vers le lac du haut (consomme ou fournit) de l’électricité.
   Les pompes reçoivent de l’énergie électrique : elle consomme.
4. Le moment de la journée où la consommation est la plus forte s’appelle la .
   La pointe : en hiver, en début de soirée.

Compare la consommation et la production d’un pays (1 GW = 1 000 MW).

1. Un soir de décembre, le pays consomme 71,5 GW ; ses centrales en marche fournissent 69,8 GW. Il manque GW.
   71,5 − 69,8 = 1,7 GW : sans réaction, la fréquence baisserait.
2. Ce soir-là, il importe 1,2 GW de ses voisins et fait turbiner ses STEP pour le reste. Les STEP doivent fournir MW.
   1,7 − 1,2 = 0,5 GW = 500 MW.
3. Une nuit d’été, il consomme 36,4 GW et ses centrales fournissent 38 GW. L’excédent vaut GW.
   38 − 36,4 = 1,6 GW : on peut pomper, exporter ou baisser la production.
4. Un matin, il consomme 58 300 MW et ses centrales fournissent 58,3 GW. La fréquence du réseau vaut Hz.
   58,3 GW = 58 300 MW : production = consommation, la fréquence reste à 50 Hz.

Importations et stockage.

1. Une région consomme 7,8 GW et ses centrales fournissent 7,1 GW. Elle doit importer GW.
   7,8 − 7,1 = 0,7 GW.
2. Si cela dure 3 h, l’énergie importée vaut GWh.
   E = P × t = 0,7 × 3 = 2,1 GWh.
3. La pointe de 2025 (88 GW) était inférieure au record de 2012 (102,1 GW) de GW.
   102,1 − 88 = 14,1 GW.
4. Une STEP restitue 80 % de l’énergie qu’elle consomme. Pour fournir 2 000 MWh, elle doit pomper avec MWh.
   Consommée = fournie ÷ rendement = 2 000 ÷ 0,8 = 2 500 MWh.