EXPERIMENTER OBSERVER COMPRENDRE · Placer la roue hydraulique sous un robinet d’eau en respectant bien le sens de rotation ... tiers de leur énergie au cours de leur ... et de

1

3

4 5

2

6 7

LE MARTINET OU FORGE À MARTEAU-PILON HYDRAULIQUE

A

B

C

D

7

6

5

4

3

2

1

N° Désignation Fonction

Consignes : Lire la page 5 du LDA, compléter la nomenclature ( tableau ) ci-dessous à l'aide du vocabulaire technique du martinet, situé page 5 du LDA

ATTENTION ces activités font suite aux activités de Mécanique et Statique ( fiches Animéca, animation Didaclip '' Les Mécanismes '' , Ponts et structures, Mécabase ) et réutilisent les notions de transmission - transformation du mouvement et de stabilité des constructions abordées à cette occasion.

NOM : PRÉNOM : CLASSE :

EXPERIMENTER OBSERVER COMPRENDRE

LA CHAINE ENERGETIQUE

Fiche élève Activités

ENEOC 1

La chaîne cinématique

Référentiel technologie des compétences, connaissances,capacités abordées dans ces activités5-AFCOT01,02, 03, 04, 05, 06, 09,10,11. 5-ENER01, 02, 03, 04, 05

TRANSFORMER L'ÉNERGIE CINÉTIQUE DE L'EAU EN ÉNERGIE MÉCANIQUE

Consigne : Utiliser le LDA Page 5 et la maquette de la forge à marteau-pilon, compléter la fiche.

Transformationsrepérées

Mouvement initial Mouvement finalÉléments mécaniquesimpliqués

A

B

C

D

Transmission et transformation du mouvement : La chaîne cinématiqueCompléter le tableau ci-dessous en fonction des observations à l'aide du vocabulaire technique du martinet, page 5 du Livret d'activité :

Placer la roue hydraulique sous un robinet d’eau en respectant bien le sens de rotation de la roue.

Question 1 :

Quel était l'usage de cette machine et à quelle époque ?

_____________________________________________

_____________________________________________

Question 2 :

Quelle est l'énergie qui soulève le marteau ?______________________________________________

Question 3 :

Quelle est la force qui oblige le marteau à retomber_________________________________________________

Expérimenter Observer

Comprendre

ÉNERGIE DE DÉPART MACHINE À TRANSFORMER L’ÉNERGIE ÉNERGIE OBTENUE

VISUALISATION : RÉCEPTEUR DE L'ÉNERGIE MOYEN DE DISTRIBUTION

LA FORGE À MARTEAU-PILON

Transformation et transmission de l'énergie : La chaîne énergétiqueCompléter le tableau ci-dessous en fonction des observations





ENEOC 2

TRANSFORMER L'ÉNERGIE CINÉTIQUE DE L'EAU EN ÉNERGIE MÉCANIQUE

Question 4 :Quels sont les avantages et les inconvénients de cette énergie ( Réponses résumées ) ?

4

5

8

6

1

2

3

10

9

AB

C

D

7

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

N° Désignation Fonction Liaison

Consignes : lire la page 6 du LDA Compléter la nomenclature ( tableau ) à l'aide du vocabulaire technique du moulin à vent, et des notions de mécanique abordées avec l'animation Didaclip '' les mécanismes ''

Ventilateur 3 vitesses

Anémomètre

Les organes de la chaîne cinématique

LE MOULIN À VENT





ENEOC 3

TRANSFORMER L'ÉNERGIE CINÉTIQUE DE L'AIR EN ÉNERGIE MÉCANIQUE

Tachymètre

Matériel à utiliser

Observer Expérimenter

1 ) État initial Le ventilateur étant à l’arrêt, mettre l'hélice de la maquette et l'anémomètre face au ventilateur, noter dans le tableau la valeur affichée et l'état des éléments mécaniques ( Arrêté, En mouvement ) .Aucune DEL boîtier de visualisation n’est allumée.2 ) Effets de la force du vent Mettre en route le ventilateur en appuyant sur le bouton 1, observer, mesurer et compléter le tableau. Répéter cette observation pour les boutons 2 et 3.

3 ) Transmission et transformation du mouvement, la chaîne cinématique

Ventilateur sélecteur de vitesse 3, compléter le tableau ci-dessous en fonction des observations à l'aide du vocabulaire technique du moulin à vent, page 6 du LDA et de la nomenclature :

BoutonVitesse du vent en Kmh

Instrument : anémomètreVitesse de l'hélice en RPM Instrument : tachymètre

Mouvement de la meulearrêtée, lente, rapide, très rapide

0

1

2

3

TransmissionTransformation

Mouvement initial Mouvement final Éléments mécaniques

A

B

C

D

Consigne : Utiliser le LDA Page 6 , l'anémomètre, le tachymètre et la maquette du moulin à vent

Comprendre






ENEOC 4

TRANSFORMER L'ÉNERGIE CINÉTIQUE DE L'AIR EN ÉNERGIE MÉCANIQUE



Question : Quel était l'usage de cette machine et à quelle époque ?

_______________________________________________________________________________________



Dans les pays industrialisés d'énormes centrales électriques, thermiques et hydrauliques, produisent du courant en permanence.Cette énergie doit être distribuée par un réseau de câbles et de fils sur tout le territoire et utilisée au fur et à mesure de sa production car elle n'est pas stockée. Notre capacité de stockage est en fait très faible par rapport aux milliers de Méga watts produits par les centrales.En plus des nuisances environnementaux qu'elles provoquent les centrales thermiques perdent deux tiers de leur énergie au cours de leur fonctionnement. elles manquent également de souplesse, d'adaptation à la demande dans certaines circonstances.

Imaginons ce qui se passerait si une partie importante du réseau électrique était endommagée, ou que plusieurs centrales tombaient en panne.

En fait cela s'est déjà produit à la suite de violentes tempêtes qui avaient détruit les pylônes et les câbles ou suite à des périodes où la consommation électrique excessive ( en période d'hiver pour le chauffage et l'éclairage, en période d'été pour la climatisation ) a '' fait sauter '' le réseau qui ne pouvait plus faire face à une telle augmentation de la demande.Conséquences : des régions entières et des milliers de personnes se sont trouvées privées d'électricité et ceux qui ne disposaient pas de groupes électrogènes ont cru se retrouver quelques siècles en arrière . Dans une situation de vie normale les conséquences ne sont pas vraiment dramatiques même si cela peut être très gênant. Mais pour les personnes dont la vie dépend du bon fonctionnement d'appareils électriques, cela peut devenir extrêmement grave.

Tout cela pousse à envisager de nouvelles solutions.Depuis longtemps déjà, des systèmes de secours ont été conçus avec des batteries à forte capacité et des mini centrales locales, qui sont en fait de très gros groupes électrogènes fonctionnant au fioul ou au gaz.Ces solutions ne peuvent cependant pas répondre à tous les besoins et l'énergie produite est souvent réservée aux besoins prioritaires. Dans certaines villes en Europe cependant, des centrales locales de moyenne taille fournissent de l'électricité en permanence soit à toute la ville, soit à certains quartiers ou groupes d'habitations. Les conséquences d'une panne sont alors plus limitées et de ce fait les solutions de secours plus rapide à mettre en place en cas de besoin.

Ces centrales innovent également en matières de sources d'énergie en les diversifiant pour répondre à l'épuisement inéluctable des énergies fossiles et aux impératifs environnementaux : Incinération à haute température des déchets, centrales à gaz fonctionnant à partir de la méthanisation des déchets, centrales photovoltaïques, centrales éoliennes et plus récemment, utilisation du gaz di-hydrogène dans des piles à combustible.Nous allons à présent explorer certaines de ces solutions.

CO2

SO2NOx


ENEOC 5Produire stocker utiliser l'énergie électrique


Les énergies renouvelablesLis les questions ci-dessous et essaye de répondre, au crayon à papier, à celles dont tu penses connaître les réponses.Compare tes réponses avec celles de tes camarades. Visionne ensuite le documentaire intitulé “Les nouvelles énergies” et complète le questionnaire au fur et à mesure. Lorsque tu auras terminé, compare ce que tu as noté avec ce qu’ont écrit tes camarades, puis rédige un résumé au dos de cette feuille qui expliquera l’importance des questions d’énergie et définira les expressions suivantes : énergies fossiles et énergies renouvelables.

Les chauffe-eau solaires peuvent fonctionner lorsqu’il y a des nuages.

vrai faux

À quoi les panneaux photovoltaïques servent-ils ?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Quels sont les deux inconvénients de l’énergie Solaire ?

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Comment nomme-t-on l'énergie produite avec la chaleur de la Terre ?

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Une voiture électrique est silencieuse. vrai faux

Quels éléments utilise une pile à combustible ?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Où les voitures fonctionnant avec cette énergie trouvent-elles l’oxygène dont elles ont besoin pour fonctionner ?

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Que peut-on faire pour limiter la consommation d’énergie ?

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

En équivalence, quelle quantité de pétrole chaque français consomme-t-il chaque année ?

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Quelles sont les trois principales sources d’énergie fossile ?

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Quel est l’inconvénient des centrales nucléaires ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Relie chaque énergie renouvelable à l’élément naturel correspondant.

énergie solaire l’eauénergie hydraulique le venténergie éolienne le soleil

Quelle est la principale source d’énergie en France ?

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Comment ces objetss’appellent-ils ?

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Complète les égalités ci-dessous.

2 000 W = . . . . . . KW2 000 KW = . . . . . . MW3 MW = . . . . . . . . . . . . W36 KW = . . . . . . . . . . . . W13 MW = . . . . . . . . . . . W

Produire de l’énergie avec des éoliennes coûte moins cher qu’avec des centrales nucléaires.

vrai faux

EXPERIMENTER OBSERVER COMPRENDRE Fiche élève Activités

ENEOC 6

12'

1'

2'

2'

3'

3'

7'

8

20'

15'

15'

18'

19'

20'

21'

26'

Apparence Désignation Symbole Fonction

Piles ou accumulateurs( rechargeables )

Alimenter un circuit en électricité

Interrupteur Ouvrir ou fermer un circuit électrique

DEL Émettre de la lumièreNe laisse passer le courant que dans un sens

Resistor Résiste au passage du courant, réduit la tension électrique

Diode Ne laisse passer le courant que dans un sens

Condensateur Accumuler un peu d'énergie électrique pour la restituer ensuite

Composants électroniques et schéma structurelPour concevoir un circuit électrique ou électronique relié à une alimentation, pour le réaliser et le dépanner, il faut en réaliser le dessin. Chaque composant du circuit est représenté par un symbole normalisé, utilisé dans le monde entier par les techniciens.

Les conducteur qui relient deux composants sont représentés par des traits.

Par exemple, une lampe de poche sera représenté par le schéma suivant :

On le nomme schéma structurel




+_

+_

+_

+_

_

+

+

_

Consigne : Commencer par compléter la colonne Désignation, la colonne Fonction sera complétée au cours des manipulations de ces composants.

+_

Consigne : Utiliser le Livret d'activités ( LDA ) Page 7 pour compléter la fiche

Le contrôleur électrique, définition :

Un contrôleur électrique comporte :- un afficheur [1] à aiguille ou digital sur lequel est lue la mesure;- un sélecteur de calibre [2] qui indique la grandeur maximale pouvant être mesurée dans une plage donnée (par exemple 2-20 volts ou 2-20 kilo-ohms) ;- des bornes [3] de raccordement des cordons de mesure. La borne COM ( cordon noir ) est commune à toutes les fonctions. Une autre borne est utilisée en fonction de la grandeur électrique mesurée ( cordon rouge )

Le multimètre, photo et représentation schématique Cordons utilisés

Com V Ω mA10A

Tension courant continu(Piles)

Tension courant alternatif (secteur)

Intensité courant continu

Résistance

Sélecteur

2

3

1

en fonction voltmètre :

en fonction ohmmètre :

Une mesure de tension

Une mesure de résistance

LA MESURE DU COURANT ELECTRIQUE : LE MULTIMETRE




+

+

+

_

MESURER UNE TENSION ELECTRIQUE

Préparer le multimètre :- le fil noir se branche sur la borne Com- le fil rouge se branche sur la borne VΩ- tourner le sélecteur de calibre sur la zone Volt continu ( DC VOLT ) sur la position 20 V- dessiner sa position sur le croquis du multimètre- colorier en bleu le secteur des volts continus du calibre- inscrire DC VOLT à côté de cette zone

Application : les accumulateurs symbole :

a ) Connecter le multimètre aux bornes + et - d'un des deux accumulateurs à l'aide des pinces ''croco'' . Lire la tension délivrée par un seul accumulateur

Inscrire la tension sur l'écran du croquis et ici : ___________

Tracer sur le croquis les fils (noir et rouge) reliant l'accumulateur au multimètre

Mesurer la tension délivrée par l'autre accumulateur

Inscrire la tension mesurée : __________

Consigne : Utiliser le LDA PP 7 à 9 pour compléter la fiche

b ) connecter 2 accumulateurs en série, symbole : Attention aux polarités

Connecteurs libres pour les pinces croco

Attention, ne jamais relier les connecteurs libresentre eux, sinon risque brûlure et de détérioration !

quelle est la tension mesurée : ________________

++

Expérimenter, observer

+




Com V Ω mA10A

Comprendre : en comparant les résultats des mesures en b ) et c ) énoncer 2 hypothèses qui pourraient expliquer les mesures de tension obtenues

1 ) lorsque des accumulateurs sont montés en série : ______________________________

_______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________

2 ) lorsque des accumulateurs sont montés en parallèle : ___________________________

_______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________

Expérimenter, observer

c ) connecter 2 accumulateurs en parallèle, attention aux polarités, symbole :

Attention,ne jamais relier les connecteurs libres entre euxsinon risque de brûlure et de détérioration !

quelle est la tension mesurée : _______________

_



ENEOC 10

MESURER UNE TENSION ELECTRIQUE

Produire stocker utiliser l'énergie électrique

Consigne : Utiliser le LDA PP 7 à 9 pour compléter la fiche

Consigne : Utiliser le LDA Page 7 à 9 et le matériel fourni, compléter la fiche.

1 ) Réaliser le montage de la page 7 du LDA, vérifier que la tension délivrée par chaque accumulateur est au moins égale à 0,9 V, connecter un accumulateur à la plaque lab sur les fils en respectant la polarité.

La DEL s'allume-t-elle ? __________

mesurer la tension aux pattes de la DEL montée sur la plaque lab. Tension mesurée : __________

Donner une explication _____________________________________________________

En prenant modèle sur l'exemple de la fiche ENEOC 6,tracer un schéma structurel du montage réalisé, la plaque lab est représentée comme des fils, utiliser les symboles normalisés des composants, ne pas représenter le multimètre.

2 ) Remplacer le petit fil connecté en N29 et N31 par un interrupteur.Connecter deux accumulateur montés en parallèle à la plaque lab.

Mettre sous tension. La DEL s'allume-t-elle ? __________



Tracer un schéma structurel du montage réalisé, ne pas représenter le multimètre.

3 ) Connecter deux accumulateur montés en série à la plaque lab.

Mettre sous tension. La DEL s'allume-t-elle ? __________



Tracer un schéma structurel du montage réalisé, ne pas représenter le multimètre.



ENEOC 11

FOURNIR UNE TENSION SUFFISANTE AU FONCTIONNEMENT D'UN RECEPTEUR

Produire stocker utiliser l'énergie électrique

C'est le moment de compléter les colonnes du tableau concernant les piles, les accumulateurs et les DEL sur la fiche ENEOC 6

a ) Vérifier que la tension délivrée par chaque accumulateur est au moins égale à 0,9 V.Connecter le multimètre aux pattes de la DEL montée sur la plaque lab en utilisant les pinces croco Connecter deux accumulateur montés en série à la plaque lab, mettre sous tension, observer la DEL , mesurer et noter la tension : _______________________

b ) Remplacer le fil connecté en K29 et K31, face à l'interrupteur, par le resistor Mettre sous tension, observer la DEL, mesurer la tension dans le circuit.

Observations : ____________________________________________________________


Tracer ci-dessous un schéma structurel du montage réalisé, ne pas représenter le multimètre.

Com V Ω mA10A

Conclusion. En comparant la valeur mesurée et la valeur et la tolérance codée par les couleurs formuler un avis sur la qualité du composants testé :

à quelle valeur de résistance correspondent les couleurs de ce resistor ,utiliser le tableau du code des couleurs

Valeur codée : ______ ______X ______ = __________ Ω , tolérance : ± __________ Ω

EFFETS ET MESURE D'UNE RESISTANCE ELECTRIQUE DANS UN CIRCUIT




C'est le moment de compléter les colonnes du tableau concernant les Resistor sur la fiche ENEOC 6

Tolérance ( précision ) 4ème couleur : Or ± 5 % Argent ± 10 %

Valeur des 2 1ère couleurs 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Anneaux de couleur

Noir Marron Rouge Orange Jaune Vert Bleu Violet Gris Blanc

Multiplicateur 3ème couleur 1 10 102 103 104 105 106 107 108 109

2 ) Mesure de la valeur de la résistance électrique en Ohm, symbole : Ω ( Omega )

a ) Préparer le multimètre :

- le fil noir se branche sur la borne Com- le fil rouge se branche sur la borne VΩ- tourner le sélecteur de calibre sur la zone Ohm ( rouge ) régler sur 2000 Ω - dessiner la position du sélecteur sur le croquis du multimètre - colorier en rouge le secteur des ohms du calibre- inscrire Ω à côté de cette zone

Mesurer la valeur de la résistance, inscrire la valeur sur l'écran du croquisRelier l'image du resistor à celle du multimètre avec des traits de couleurs apropriées

b ) noter les couleurs du resistor : ________ ________ X _________ ________

1) Application : le resistor apparence : symbole :


Application : la diode, apparence : symbole :

a ) Utiliser le même montage que la fiche ENEOC 11, sans le resistor.Après avoir vérifié que leur tension respective est supérieure à 0,9 V, connecter deux accumulateurs en série à la plaque lab, vérifier l'allumage de la DEL, puis laisser l'interrupteur ouvert.Connecter le multimètre aux bornes de la plaque lab en respectant les polarités.Connecter la diode en K29 et K31, face à l'interrupteur, la bague argentée orientée vers le pôle de la plaque lab.Mettre sous tension en fermant l'interrupteur, mesurer la tension dans le circuit

Observations : ____________________________________________________________


Tracer un schéma structurel du montage réalisé, représenter le multimètre avec le symbole

L'EFFET D'UNE DIODE DANS UN CIRCUIT ELECTRIQUE

b ) Ouvrir l'interrupteur, changer le sens de la diode sur la plaque labMettre sous tension, mesurer la tension dans le circuit.

Observations : ____________________________________________________________


Tracer un schéma structurel du montage réalisé, représenter le multimètre.

V




C'est le moment de compléter les colonnes du tableau concernant la Diode sur la fiche ENEOC 6

Conclusion : la fonction de la diode est :


+_

_

Application : le condensateur Goldcap , apparence : symbole :

Consigne : Lire et appliquer les consignes, manipuler le matériel et compléter la fiche

PROPRIÉTÉS D'UN CONDENSATEUR POLARISÉ

d ) Ouvrir l'interrupteur, reconnecter les 2 accumulateurs, fermer l'interrupteur, observer pendant quelques minutes, mesurer la tension électrique pendant toute la durée de l'observation.

Observations : ____________________________________________________________


e ) Attendre que la tension atteigne au minimum 1,7 V

Observations : ___________________________________________________________________

Donner une explication ____________________________________________________________

Déconnecter les 2 accumulateurs de la plaque lab. Mesurer la tension pendant l'observation.

Observations : ___________________________________________________________________

Donner une explication ____________________________________________________________

Conclusion : formuler une fonction du condensateur : __________________________________________

_____________________________________________________________________________________

a ) Utiliser le montage de la fiche ENEOC 7, vérifier que la tension délivrée par chaque accumulateur est au moins égale à 0,9 V, vérifier l'allumage de la DEL puis laisser l'interrupteur ouvert.

b ) Avant toute modification réelle du montage, ajouter, au crayon, sur le schéma structurel ci-dessous un condensateur en parallèle à côté de la DEL.

c ) Déconnecter les 2 accumulateurs de la plaque lab.

Connecter le condensateur du kit de manipulation, positionné en parallèle sur la plaque lab en utilisant les câbles appropriés. Mettre sous tension en fermant l'interrupteur, mesurer la tension dans le circuit.

Observations : ____________________________________________________________


V_

+

_

+




C'est le moment de compléter les colonnes du tableau concernant les condensateurs sur la fiche ENEOC 6

LA CENTRALE HYDROÉLECTRIQUE

45

1

2

A

B

8

8

7

Système : Z1 Z3 K= Z2 Z4

6 Z4=

5 Z3=

4 Z2=

3 Roue dentée 1 Z1=

2

1

Rep Désignation

3

6

7

Consigne : Compléter la nomenclature à l'aide du vocabulaire technique de la centrale hydroélectrique, page 10 du LDA

TRANSFORMER L'ÉNERGIE MÉCANIQUE EN ÉNERGIE ÉLECTRIQUE

X X ==




Consignes : Utiliser le LDA Page 10, la maquette de la centrale hydroélectrique, la plaque lab, le multimètre, compléter la fiche.

Transformation Mouvement initial Mouvement final Éléments mécaniques

A

BK=

Transmission et transformation du mouvement : La chaîne cinématiqueCompléter le tableau ci-dessous en fonction des observations en utilisant le vocabulaire technique de la centrale hydrélectrique page 8 du Livret d'activité :

Question 5 :Quelle est l'énergie qui entraîne la roue à aube ?Réponse :__________________________


Comprendre

Position robinet

Vitesse de la roue

Tension ( V )

État de la DEL

0

1

2

3

1 ) État initial

Placer la roue hydraulique sous un robinet d’eau en respectant bien le sens de rotation de la roue et les consignes de protection de la maquette. Le robinet étant à l’arrêt, position 0, mettre le multimètre sous tension, noter dans le tableau la valeur affichée et l'état de la DEL ( éteinte ou allumée ) .Aucune DEL boîtier de visualisation n’est allumée.2 ) Effets de la force de l'eau

Ouvrir le robinet en position 1, observer la vitesse de la roue à aube ( arrêtée, lente, rapide, très rapide ) , l'affichage du multimètre ( tension en Volt ) et l'état de la DEL ( éteinte, faible, brillante, très brillante ) compléter le tableau à partir des observations.

Répéter cette observation pour les positions 2 et 3








P1

P2

P4

P3

P1

P2

L'AEROGÉNÉRATEUR

P1

P2

Transmission du mouvement, Solution 3

Pignon 1 moteur Z1 =

Pignon 2 intermédiare Z2 =

Pignon 3 intermédiare Z3 =

Pignon 4 entraîné Z4 =

K = X ==


P1, Pignon 1, moteur , Z1 =

P2, Pignon 2 , entraîné Z2 =Z1

Rapport de vitesseZ2

=K =

Pour les 3 solutions K 1, ce sont des _________________




Consigne : Utiliser le LDA Page 11


+ + +


P1, poulie 1, motrice , diamètre : D1 =

P2, poulie 2 , entraînée , diamètre : D2 =D1

Rapport de vitesseD2

=K =

+

1 ) État initial

Le ventilateur étant à l’arrêt, connecter l'éolienne à la plaque lab, mettre l'hélice de la maquette et l'anémomètre face au ventilateur, mettre le multimètre sous tension, noter dans le tableau la valeur affichée et l'état de la DEL ( éteinte ou allumée ) .Aucune DEL boîtier de visualisation n’est allumée.2 ) Effets de la force du vent

Mettre en route le ventilateur en appuyant sur le bouton 1, noter l'affichage de l'anémomètre , observer la vitesse de l'hélice de l'éolienne ( en tours / minute si vous disposez d'un tachymètre sinon en notant : arrêtée, lente, rapide, très rapide ) , l'affichage du multimètre ( tension en Volt ) et la DEL ( éteinte, faible, brillante, très brillante ) et compléter le tableau à partir des observations.Répéter cette observation pour les boutons 2 et 3

3 ) Effets de la direction du vent

Déplacer le ventilateur autour de l'éolienne en gardant la même distance.Compléter le tableau ci-dessous en fonction des observations.

Bouton Vitesse du vent* Vitesse de l'hélice Tension ( V ) État de la DEL

0

1

2

3

Position du ventilateur par rapport à l'éolienne

Vitesse de l'hélice Tension ( V ) État de la DEL

A droite

A gauche

Au dessus

Conclusions :

Consigne : Utiliser le LDA Page 11 , l'anémomètre, le tachymètre, le multimètre et la maquette de l'aérogénérateur pour compléter la fiche


Comprendre Transformation et transmission de l'énergie : La chaîne énergétiqueCompléter le tableau ci-dessous en fonction des observations







2 ) réaliser le montage suivant,

1 ) Le générateur photovoltaïque, ou photopile

Tout comme une pile, un accumulateur ou le mini moteur utilisé dans les expériences précédentes, un panneau ou module photovoltaïque ( PV ) est un générateur. Plusieurs modules peuvent être branchés ensemble, comme nous l'avons vu avec les accumulateurs.

Les images ci-dessous donnent l'exemple de 2 modules fixés sur un support. Chaque module peut alimenter un récepteur indépendamment mais peut être aussi relié à l'autre en fonction des besoins.

Compléter les cadres ci-dessous, utiliser la lumière naturelle si possible ou une petite lampe halogène.

TRANSFORMER L'ÉNERGIE LUMINEUSE EN ÉNERGIE ÉLECTRIQUE

1 2 3

+ +

+

Type de connection :

Tension obtenue :

Type de connection :

Tension obtenue :

1 seul module :

Tension obtenue :

DEL




Si les deux modules PV sont utilisés avec la DEL, ils doivent être connectés en parallèle.


Position du cache Tension ( V ) État de la DEL

COMPLÈTEMENT ENLEVÉ

SUR 1/4 DE LA SURFACE DE LA CELLULE

SUR LA MOITIÉ DE LA CELLULE

SUR LES 3/4 DE LA CELLULE

SUR TOUTE LA SURFACE DE LA CELLULE


b ) Après avoir réalisé un cache à l’aide d’un morceau de carton ( ou en utilisant la main comme cache ) , observer le fonctionnement de la cellule : faire varier la luminosité au niveau de la

cellule solaire en déplaçant le cache sur celle-ci et compléter le tableau ci-dessous.

2 ) Montage avec la plaque lab selon le modèle en photo sur la fiche ENEOC 17

a) Tracer le schéma structurel du montage réalisé avec la plaque lab, la photopile et le multimètre en mode voltmètre,

symbole du voltmètre : symbole de la photopile :

La plaque lab n'a pas de symbole particulier, elle sera représentée comme des fils ou des pistes d'un circuit électrique.

V

Consigne : compléter la fiche, explications à lire P 12 du LDA

1 ) Le générateur photovoltaïque suite

Consigne : Exposer les modules à une source lumineuse, selon l'intensité de l'éclairage naturelle, il sera possible d'utiliser soit la lumière du jour à travers la fenêtre, soit l'éclairage électrique de la petite lampe halogène à une distance évitant une chauffe excessive des modules.

a ) Noter la tension délivrée par un seul module : __________ ,

Un seul panneau peut-il alimenter la DEL ? : _________

b ) Comment se nomme le branchement des modules repéré 3 sur ENEOC 17 : ______________ Réaliser ce branchement, mesurer la tension délivrée, Tension mesurée : ___________ quel est le constat,expliquer le : _____________________________________________

Schéma

TRANSFORMER L'ÉNERGIE LUMINEUSE EN ÉNERGIE ÉLECTRIQUE



Consigne : utiliser le LDA p 12 à 14 et le matériel Fischertechnik, compléter la fiche

Expérience 3 :Déterminer quelle source de lumière est nécessaire pour propulser le véhicule solaire et trouver une méthode pour mesurer la vitesse maximale qu'il peut atteindre, le mieux étant de le faire dehors si les conditions météo le permettent, sinon il faut utiliser une source de lumière artificielle. Exposer la méthode et le résultat :

Quel est l'inconvénient de ce mode d'alimentation et que proposer pour y remédier ? :

2 ) Rouler grâce à l'énergie solaire

Expérience 1 :Déterminer l'intensité lumineuse nécessaire pour faire tourner le moteur, soit à la lumière du soleil si elle est suffisante soit en utilisant une lampe placée à une distance qui évitera à la photopile de chauffer de manière excessive. Solution adoptée : ____________________________________________________

Expérience 2 :Avec un multimètre, il est possible de mesurer à partir de quelle tension le moteur se met à tourner, quelle est alors la valeur affichée ? _____________ Cette tension est appelée : ______________________________

Ce véhicule est propulsé par un moteur électrique qui accepte une tension maximum de 2,4 V, il peut être alimenté par photopile.

ExpérimenterEn raisonnant à partir des connaissances acquises et de leur compréhension, connecter correctement les deux photopiles pour faire avancer ce véhicule.Compléter le schéma de connexion ci-dessous et justifier le choix de la solution.

TRANSFORMER L'ÉNERGIE ÉLECTRIQUE EN ÉNERGIE MÉCANIQUE

1 ) Alimenter le mini moteur avec une cellule photovoltaïque




_

M

_____________________________________________

_____________________________________________

UN RESERVOIRE D'ÉNERGIE ÉLECTRIQUE POUR LE VEHICULE SOLAIRE

Question 2 :Combien de photopiles faudrait -il pour recharger complètement le Goldcap ? Justifier la réponse

Question 1 :Pourquoi le véhicule roule-t-il aussi lentement et s'arrête-t-il de nouveau relativement rapidement ?Réponse :

1 ) Charger le Goldcap grâce à l'énergie solaire

Charger le Goldcap pendant env. 10 minutes avec les photopiles Fischertechnik en connectant ces éléments en série à la plaque lab et en utilisant soit la lumière du soleil, si elle est suffisante, soit une lampe placée à une distance qui évitera à la photopile de chauffer de manière excessive. Suivre le chargement avec le multimètre ( mesure de tension ) . Quand le chargement est terminé, ( tension environ 1,2 V ) brancher le Goldcap sur le moteur du véhicule à la place des photopiles et observer.

_+

Expérience 2 :Renouveller le chargement du Goldcap, cette fois avec les photopiles sur châssis noir connectées en parallèle sur la plaque lab. Remplir le tableau d'observation ci dessous.

Chrono par tranches de 2 minutesNoter l'heure dans les cases ci-dessous

Etat de la DEL ( éteinte, Brille un peu, moyennement, beaucoup )

VoltmètreTension en V

T0 heure :

T1 heure : ( T0 + 2 mn )

T2 heure : ( T0 + 4 mn )

T3 heure : ( T0 + 6 mn )

T4 heure : ( T0 + 8 mn )

T5 heure : ( T0 + 10 mn )

Expérience 3 : Replacer le Goldcap sur le véhicule et déterminer combien de temps il roule avec ce '' nouveau plein ''. Quelle vitesse atteint-il ? Les résultats dépendent avant tout du sol sur lequel le véhicule roule (sol lisse ou moquette) et du taux de chargement du Goldcap. Rédiger un rapport d'expérience sur la fiche ENEOC 23 ( Tension en fin de chargement au voltmètre, autonomie du véhicule, vitesse, type de sol, ) . Présenter dans ce rapport la méthode de mesure de la vitesse et les diverses solutions de recharge à notre disposition et celles qui peuvent être envisagées pour améliorer le système.




Question 3 :Quand on recharge le Goldcap à l'aide de photopiles, il se décharge peu à peu à travers celles-ci dès qu'il n'y a plus de lumière.Quelle solution peut-être proposée ?Répondre en complétant le schéma à droite de la station de recharge

Consigne : utiliser le LDA p 14, compléter la fiche

UN RESERVOIRE D'ÉNERGIE ÉLECTRIQUE POUR LE VEHICULE SOLAIRE

Rapport d'expérimentation




Expérience 3 : Replacer le Goldcap sur le véhicule et déterminer combien de temps il roule avec ce '' nouveau plein ''. Quelle vitesse atteint-il ? Les résultats dépendent avant tout du sol sur lequel le véhicule roule (sol lisse ou moquette) et du taux de chargement du Goldcap. Rédiger un rapport d'expérience sur cette fiche ( Tension en fin de chargement au voltmètre, autonomie du véhicule, vitesse, type de sol, ) . Présenter dans ce rapport la méthode de mesure de la vitesse et les diverses solutions de recharge à notre disposition et celles qui peuvent être envisagées pour améliorer le système. Illustrer les explications avec des croquis et des schémas.

STOCKER L'ÉNERGIE ÉLECTRIQUE A PARTIR DE DIVERS SOURCES RENOUVELABLES

Activité A : Charger le condensateur Goldcap grâce à l'énergie hydraulique ( voir ENEOC 15 )

Cette activité ne sera réalisée que par une seule équipe par classe afin de limiter la consommation d'eau. Il est nécessaire de connecter un condensateur Goldcap déchargé à la plaque lab

Compléter le schéma situé en bas de page, puis utiliser la plaque lab pour réaliser la recharge du Goldcap.

a ) Faire tourner le générateur jusqu'à ce que la DEL émette une lumière vive, observer et noter :

Temps nécessaire à la recharge : _____________________ Tension aux bornes de la plaque lab : __________________

b ) Fermer le robinet d'eau ( A ) , ou arrêter le ventilateur ( B ) , et observer. Décrire ce qui se passe et donner une explication : ______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

Ce qui est observé peut-il être un inconvénient, si oui pourquoi, indiquer un moyen pour changer le fonctionnement du système______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

S'il le faut, modifier le circuit de la plaque lab en conséquence et expérimenter ce nouveau système.Observation et explications, le système est-il plus avantageux que le précédent, si oui pourquoi : ______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

Activité B : Charger le condensateur Goldcap grâce à l'énergie éolienne ( voir ENEOC 17 )

Cette activité est réalisée par les équipes qui ne chargent pas le Goldcap avec l'énergie hydrauliqueIl est nécessaire de connecter un condensateur Goldcap déchargé à la plaque lab

V G

Type de générateur :

Compléter le schéma ci dessous, selon le système utilisé pour réaliser la recharge du Goldcap.




Consigne : utiliser le LDA p 15, compléter la fiche


EXPERIMENTER OBSERVER COMPRENDREProduire stocker utiliser l'énergie électrique

CONCEVOIR UN VEHICULE ELECRIQUE PERFORMANT ET AUTONOMENos dernières expérimentations en classe doivent nous permettre à présent de concevoir une maquette de véhicule électrique capable de rouler plus rapidement et plus longtemps que les prototypes déjà testés en combinant les solutions étudiées.

1 ) Analyse fonctionnelle et cahier des chargesLa conception d'un nouveau produit est soumise à une ensemble de critères qui vont de l'attente des futurs utilisateurs aux conditions d'utilisation en passant par les réglementations et les lois en vigueur dans notre pays et au niveau international. Cela se traduit par des normes à respecter notamment sur la sécurité.

Des outils graphiques issus de la la méthode APTE permettent de définir les fonctions principales du véhicule concernant son alimentation en énergie.

Véhicule électrique

Sera utilisé par Agira sur

Dans le but de

a ) LA BETE A CORNES : définir la Fonction Principale

b ) LA PIEUVRE : définir les fonctions de service et les contraintes liées à l'environnement de l'objet technique

Résumé du cahier des charges : Le véhicule du futur, qui commence déjà à rouler sur les routes actuellement, devra être aussi rapide, autonome, confortable et sécurisé que ceux qui roulent aujourd'hui aux carburant fossiles tout en étant plus respectueux de l'environnement et plus économique.

FS1

FS2 FS3 FS4

FS5

FP


ENEOC 25



2 ) Proposition de solutions techniques

a ) Commencer par tracer le schéma structurel du circuit d'alimentation électrique de ce véhicule en précisant la tension qui doit être délivré au moteur.

M1 23

4

5

54

1

2

3

5

4

3

2

1

Repère Désignation Fonction

b ) modifier la maquette pour rendre de circuit d'alimentation conforme au schéma structurel

c ) Compléter la nomenclature dans le tableau ci-dessous

5

4

12 3

CONCEVOIR UN VEHICULE ELECRIQUE PERFORMANT ET AUTONOME


ENEOC 26

La pile à combustible

Ce procédé va-t-il réaliser le vieux rêve du moteur à eau ?

Une réaction chimique entre deux gaz, par exemple l’hydrogène, contenu dans un réservoir et l’oxygène présent dans l’air que nous respirons, produit du courant électrique continu et ne rejette que de l’eau !

le système coûte encore très cher, cependant il équipe déjà des véhicules divers du vélo électrique aux stations spatiales en passant par l’automobile ainsi que des bâtiments.Miniaturisé, il pourrait alimenter, dans un avenir proche, des micro ordinateurs et des téléphones mobiles.

UNE TECHNOLOGIE D'AVENIR DÉJÀ '' ANCIENNE ''

Le développement de la filière hydrogène repose en grande partie sur la technologie de la pile à combustible ( PAC ). Son principe n’est pas nouveau, puisqu’il fut découvert dès : ____________

par _________________________________( Lire la présentation complète de la PAC dans le LDA P 16 )

Comment fonctionne notre Mini PAC en classe ?

1 ) en charge : sous l'effet d'un courant électrique, l'eau déminéralisée à l'état liquide est décomposée en 2 gaz : le di-hydrogène H2 et le di-oxygène O2, c'est le procédé de _________________________

découvert par ____________________________________ en _____________________

L'oxygène et l'hydrogène s'accumulent dans des compartiments inférieurs séparés, et sous la pression de ces gaz, l'eau remonte dans la partie supérieure. Des graduations permettent de repérer le niveau d'eau restant dans la partie inférieure et indiquent le niveau de charge de la PAC.

2 ) en utilisation : la PAC, comme n'importe quelle autre pile, se branche sur un récepteur en respectant les polarités + et – et lui fournit de l'énergie électrique.




ENEOC 27



La pile à combustible hydrogène PAC H2

Consigne : expérimenter la mini pile à hydrogène, utiliser le LDA Pages 16 et 17

Expérimenter : 1 ) recharge de la PAC avec sa cellule solaire :

Connecter la cellule à la PAC en respectant les polarités.Repérer la graduations indiquant le niveau de charge.Utiliser la source lumineuse la plus appropriée.Mesurer la progression du chargement à l'aide du tableau.

Tension délivrée par la cellule : _____

Graduation Heure Temps Tension PAC

4

8

12

Recharge de la PAC par : tension délivrée par cet appareil :

Graduation Heure Temps Tension PAC

4

8

12

Observer, décrire, rechercher, comprendre, expliquer. Sur une feuille à part : 1 ) décrire et expliquer les divers phénomènes observés pendant les manipulations de la PAC. Rédiger un paragraphe numéroté et titré pour chaque phénomène, tracer des tableaux et des schémas si besoin pour préciser et illustrer ce travail. 2 ) Exposer d'autres procédés de production de l'hydrogène ( faire une recherche sur le web )

Conclusion produire et stocker de l'hydrogène permet aussi de__________________________________

Expérimenter : 2 ) alimentation de la voiturette avec la PAC :

Tension délivrée par la mini PAC : _____

Durée de fonctionnement jusqu'à l'arrêt du véhicule : _____

Il est possible de transformer ce véhicule en voiture solaire en fixant le panneau de recharge sur le châssis de la voiturette qui a été prévu pour cela.

Il est également possible d'alimenter un mini ventilateur ou le moteur Fischertechnik avec la mini PAC

Recherche 1 : Le véhicule solaire étudié avec les fiches ENEOC 22 et 23 peut être équipé d'une PAC. Comment procéder à ces transformations ? ( Voir photo P 17 du LDA en bas à gauche )

Recherche 2 : citer d'autres moyens pour recharger la PAC_____________________________________

_____________________________________________________________________________________

Expérimenter : 3 ) Choisir un de ces moyens, utilisable en classe pour une nouvelle expérimentation



Documents

EXPERIMENTER OBSERVER COMPRENDRE · Placer la roue hydraulique sous un robinet d’eau en respectant bien le sens de rotation ... tiers de leur énergie au cours de leur ... et de