Chaîne d’énergie : formes d’énergie et constituants

Rappels de 6e sur les formes d’énergie (électrique, cinétique, potentielle, thermique, lumineuse, chimique) ; les conversions du moteur, du vérin, de la lampe, du radiateur et de la génératrice ; les fonctions alimenter, distribuer, convertir et transmettre, avec la batterie, l’interrupteur, le relais, les engrenages, la courroie et la chaîne ; lire une chaîne d’énergie fournie et associer une solution technique à une fonction.

À propos de cette page

Cinq problèmes corrigés : le presse-agrumes électrique, la radio à manivelle, le bureau assis-debout et ses vérins, le fauteuil roulant électrique et son autonomie, le télésiège et son moteur de secours. On y range les constituants, on écrit les conversions et on calcule hauteurs et durées.

5 problèmes, du plus simple au plus difficile. Écris tes réponses, puis « Vérifier ».

Résoudre un problème : la méthode

Je lis tout l’énoncé et je souligne chaque constituant de l’objet.
Je range chaque constituant dans sa fonction : alimenter, distribuer, convertir, transmettre ; ce qui n’envoie que des ordres appartient à la chaîne d’information.
Pour chaque convertisseur, j’écris l’énergie en entrée et l’énergie utile en sortie.
Pour un calcul, j’écris l’opération avec les unités (cm, s, km, m) avant de donner le résultat.
Je réponds avec le mot exact du cours.

Problème 1 · Le presse-agrumes électrique★★★Facile

Un presse-agrumes se branche sur une prise 230 V. On pose une demi-orange sur le cône et on appuie : le cône s’enfonce un peu et ferme un contact électrique qui met le moteur en marche. Le moteur fait tourner le cône par l’intermédiaire d’engrenages. Dès qu’on relâche, le contact s’ouvre et le cône s’arrête.

1. Quelle fonction de la chaîne d’énergie la prise 230 V réalise-t-elle ?
Elle fournit l’énergie : alimenter.
2. Le contact fermé par l’appui sur le cône réalise la fonction .
Il laisse passer l’énergie vers le moteur, ou la coupe : distribuer.
3. Sous quelle forme l’énergie arrive-t-elle au moteur ?
Le contact ne change pas la forme : énergie électrique.
4. Le moteur convertit cette énergie en énergie .
Il tourne : énergie cinétique.
5. Les engrenages réalisent la fonction .
Ils amènent la rotation du moteur jusqu’au cône : transmettre.
6. Après un long usage, le moteur est tiède. Cette énergie thermique est utile ou dissipée ?
On attend du moteur une rotation, pas de la chaleur : énergie dissipée.

Problème 2 · La radio à manivelle★★★Facile

Une radio de secours n’a ni piles à changer ni prise. On tourne une manivelle, qui entraîne une petite génératrice ; le courant produit recharge une batterie. La radio possède aussi une lampe à LED. D’après sa notice, une minute de manivelle permet 20 minutes d’écoute.

1. La manivelle qui tourne possède de l’énergie .
Elle est en mouvement : énergie cinétique.
2. La génératrice convertit cette énergie en énergie .
Génératrice : cinétique → électrique.
3. Entre deux utilisations, la batterie garde l’énergie sous forme .
Une batterie stocke de l’énergie chimique.
4. La lampe à LED convertit l’énergie électrique en énergie .
Elle éclaire : énergie lumineuse.
5. Combien de minutes faut-il tourner la manivelle pour écouter la radio pendant 1 h 40 min ? min
1 h 40 min = 100 min ; 100 ÷ 20 = 5 minutes de manivelle.
6. Dans la chaîne d’énergie de cette radio, quelle fonction la batterie réalise-t-elle, en plus d’alimenter ?
Elle stocke l’énergie produite par la manivelle pour plus tard.

Problème 3 · Le bureau assis-debout★★★Moyen

Le plateau d’un bureau assis-debout est porté par deux pieds télescopiques ; chaque pied contient un vérin électrique. Le bureau se branche sur une prise 230 V. Un boîtier de commande à deux touches (▲ et ▼) envoie l’énergie aux vérins tant qu’on appuie. Le plateau monte à la vitesse de 3,2 cm par seconde, de 72 cm (position assise) à 120 cm (position debout).

1. Quelle fonction le boîtier de commande réalise-t-il ?
Il laisse passer l’énergie vers les vérins tant qu’on appuie : distribuer.
2. Les vérins convertissent l’énergie électrique en énergie .
Vérin : électrique → cinétique.
3. Le mouvement de la tige d’un vérin est une rotation ou un mouvement en ligne droite ?
La tige sort en ligne droite : c’est une translation, qui soulève le plateau.
4. De combien de centimètres le plateau monte-t-il entre la position assise et la position debout ? cm
120 − 72 = 48 cm.
5. Combien de secondes faut-il tenir la touche ▲ appuyée ? s
48 ÷ 3,2 = 15 s.
6. Arrivé en haut, le plateau immobile possède plus d’énergie qu’en position assise.
Il est plus haut : plus d’énergie potentielle.

Problème 4 · Le fauteuil roulant électrique★★★Moyen

Un fauteuil roulant électrique contient deux batteries. La personne guide le fauteuil avec une manette (un petit levier) ; la manette envoie ses ordres à une carte de puissance, qui envoie plus ou moins d’énergie à deux moteurs. Chaque moteur fait tourner une roue arrière par un réducteur à engrenages. Une charge complète permet de parcourir 30 km.

1. Quelle fonction les batteries réalisent-elles ?
Elles fournissent (et stockent) l’énergie : alimenter.
2. La carte de puissance réalise la fonction .
Elle dose l’énergie envoyée aux moteurs, sur ordre de la manette : distribuer.
3. La manette ne fait passer aucune énergie vers les moteurs : elle envoie seulement des ordres. Elle appartient à la chaîne d’.
Elle donne une information à la carte : chaîne d’information.
4. Quelle énergie circule entre la carte de puissance et les moteurs ?
Avant le convertisseur : énergie électrique.
5. Les réducteurs à engrenages réalisent la fonction .
Ils amènent la rotation des moteurs aux roues : transmettre.
6. Chaque jour, la personne va à son travail, situé à 3,6 km, puis en revient ; elle fait aussi 1,8 km de petits déplacements. Pendant combien de jours entiers peut-elle rouler avec une seule charge ?
Par jour : 3,6 × 2 + 1,8 = 9 km. 30 ÷ 9 ≈ 3,3 : 3 jours entiers (le quatrième, la batterie se viderait en route).

Problème 5 · Le télésiège★★★Difficile

Un télésiège relie une gare du bas, à 1 650 m d’altitude, à une gare du haut, à 2 130 m. Le moteur électrique est alimenté par le réseau. Un variateur règle sa vitesse ; un réducteur à engrenages fait tourner la grande poulie qui entraîne le câble. Les sièges parcourent les 1 600 m de la ligne à 2,5 m/s. En cas de coupure du réseau, un moteur de secours à gazole peut entraîner la poulie.

1. Quel dénivelé un skieur gagne-t-il de la gare du bas à la gare du haut ? m
2 130 − 1 650 = 480 m.
2. En montant, le skieur gagne de l’énergie .
Il est de plus en plus haut : énergie potentielle.
3. Durée de la montée : s
1 600 ÷ 2,5 = 640 s.
4. Écris cette durée en minutes et secondes : min s
640 = 10 × 60 + 40 : 10 min 40 s.
5. Le variateur réalise la fonction de la chaîne d’énergie.
Il dose l’énergie envoyée au moteur : distribuer.
6. Le réducteur et la grande poulie réalisent la fonction .
Ils amènent la rotation du moteur jusqu’au câble : transmettre.
7. Le moteur de secours convertit l’énergie du gazole en énergie cinétique.
Le gazole est un carburant : énergie chimique.

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