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Deux siècles d'énergie électrique : conversion et transport
Induction et alternateur, effet photovoltaïque, conversion et rendement, transport de l'électricité (effet Joule, haute tension, graphe du réseau et optimisation) (programme d'enseignement scientifique de Terminale)
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Sujet et corrigé prêts à imprimer.
Sans document · Les réponses doivent être rédigées et justifiées. Soigne l'orthographe et la présentation.
Devoir surveillé de fin de chapitre, tout en niveau difficile. Télécharge le sujet en PDF, travaille sur une feuille sans aide, puis vérifie avec le corrigé téléchargeable ci-dessous.
Exercice 1 — Induction et alternateur
/ 4 pts- En 1831, Faraday observe l'apparition d'une tension aux bornes d'une bobine. Nommer ce phénomène et préciser dans quelles conditions il se produit.
- Un aimant est posé, immobile, à l'intérieur d'une bobine reliée à un voltmètre. Qu'indique le voltmètre ? Justifier.
- Dans un alternateur de centrale, indiquer le rôle du rotor et celui du stator, puis expliquer pourquoi la tension produite est alternative.
- Cet alternateur reçoit une puissance mécanique de 612 MW ; son rendement vaut 98,7 %. Calculer la puissance électrique fournie et la puissance dissipée.
Exercice 2 — Photons et gap du tellurure de cadmium
/ 4 pts- Le tellurure de cadmium (CdTe) a une énergie de gap de 1,45 eV. Convertir cette énergie en joules. Données : h = 6,63 × 10⁻³⁴ J·s ; c = 3,00 × 10⁸ m/s ; 1 eV = 1,60 × 10⁻¹⁹ J.
- Calculer la longueur d'onde maximale des photons absorbés par ce matériau.
- Un photon de longueur d'onde 940 nm est-il absorbé ? Justifier par un calcul d'énergie.
- Un photon de longueur d'onde 510 nm est absorbé. Calculer son énergie en eV et indiquer ce que devient l'énergie excédentaire.
Exercice 3 — Rendement d'un panneau photovoltaïque
/ 4 pts- Un panneau de surface 1,70 m² reçoit un éclairement de 740 W/m². Son point de puissance maximale correspond à U = 30,6 V et I = 7,9 A. Calculer sa puissance maximale.
- Calculer la puissance lumineuse reçue par le panneau.
- En déduire le rendement du panneau.
- Le lendemain, sous un éclairement de 370 W/m², un élève prévoit que le rendement sera divisé par deux. Expliquer son erreur.
Exercice 4 — Transport sous haute tension
/ 4 pts- Une ligne de résistance 7,4 Ω transporte une puissance de 261 MW sous 150 kV. Calculer l'intensité du courant.
- Calculer les pertes par effet Joule et la fraction de la puissance qu'elles représentent.
- On double la tension de la ligne en gardant la même puissance transportée. Calculer les nouvelles pertes et comparer.
- Un élève calcule les pertes par P_J = U²/R avec U = 150 kV. Calculer son résultat et expliquer pourquoi il est absurde.
Exercice 5 — Optimiser la répartition de la production
/ 4 pts- Une cible C demande 750 A. Elle est alimentée par la source S₁ (ligne de résistance 2,4 Ω, production limitée à 460 A) et par la source S₂ (ligne de 1,6 Ω, production limitée à 950 A). Écrire la relation entre I₁ et I₂, puis l'intervalle des valeurs possibles de I₁.
- Montrer que les pertes totales s'écrivent P_J = 4 I₁² − 2 400 I₁ + 900 000 (en W).
- Déterminer la répartition (I₁ ; I₂) qui minimise les pertes. Vérifier qu'elle respecte les contraintes.
- Calculer les pertes minimales et les comparer à celles d'un partage égal entre les deux sources.
Ce contrôle d' Terminale en bref
Un devoir surveillé type contrôle en classe sur « Deux siècles d'énergie électrique : conversion et transport » : 5 exercices, 120 minutes, noté sur 20. Le sujet et le corrigé sont téléchargeables en PDF, prêts à imprimer, pour travailler comme en classe.
- Exercice 1 — Induction et alternateur/ 4 pts
- Exercice 2 — Photons et gap du tellurure de cadmium/ 4 pts
- Exercice 3 — Rendement d'un panneau photovoltaïque/ 4 pts
- Exercice 4 — Transport sous haute tension/ 4 pts
- Exercice 5 — Optimiser la répartition de la production/ 4 pts
Notions évaluées
L'essentiel, Deux siècles d'énergie électrique : de la pile à l'alternateur, L'effet photovoltaïque et la cellule, Conversion de l'énergie électrique : chaînes et rendement, Transport de l'énergie électrique : effet Joule et haute tension, Le réseau comme graphe : optimiser le transport.
Pour préparer ce contrôle
- Relire le cours.
- Refaire les exercices corrigés.
- Se tester avec le QCM (24 questions).
- Faire ce sujet en conditions réelles — 120 min, sans le cours — puis se corriger et noter les points à revoir.
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Questions fréquentes sur ce sujet
- Combien de temps dure ce contrôle sur « Deux siècles d'énergie électrique : conversion et transport » ?
- 120 minutes pour 5 exercices notés sur 20. Prévois le double si tu enchaînes avec la correction.
- Le corrigé est-il fourni ?
- Oui : le corrigé complet est fourni en PDF (bouton « Télécharger le corrigé »), avec le barème exercice par exercice.
- Ce sujet peut-il servir de DS, de contrôle ou d'interrogation ?
- Oui : c'est un devoir surveillé complet de 120 minutes. Pour une interrogation courte, garde un ou deux exercices ; pour un DS ou un contrôle de fin de chapitre, fais le sujet entier en temps limité.
- Ce sujet suit-il le programme d' de terminale ?
- Oui : il évalue uniquement les notions du chapitre « Deux siècles d'énergie électrique : conversion et transport » du programme officiel d' en terminale, soit L'essentiel, Deux siècles d'énergie électrique : de la pile à l'alternateur, L'effet photovoltaïque et la cellule, Conversion de l'énergie électrique : chaînes et rendement.
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