Les alternateurs, fournisseurs d’électricité

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Classe(s) : Tle Générale | Thème(s) : Deux siècles d’énergie électrique


Un alternateur, comme celui fixé aux roues de certains vélos, produit de l’électricité en faisant tourner un aimant dans une bobine de cuivre : la variation du champ magnétique de l’aimant génère du courant.

I Sur le chemin de l’induction électromagnétique

1 Du courant au champ magnétique

Le magnétisme et l’électricité sont des phénomènes connus depuis l’Antiquité, mais ne sont étudiés et compris qu’au XVIIe siècle.

Le 21 juillet 1820, le physicien danois Hans Christian Œrsted publie un traité qui relate un phénomène étonnant : une aiguille aimantée est déviée lorsqu’elle se trouve à proximité d’un fil parcouru par un courant. Le passage du courant électrique produit un champ magnétique autour du fil.

En 1831, le chimiste et physicien anglais Michael Faraday tente alors de préciser, expérimentalement, le lien entre magnétisme et électricité.

2 Les expériences électromagnétiques de Faraday

Faraday pense que le passage du courant dans la bobine de gauche va générer un champ magnétique et que ce dernier, canalisé dans l’anneau de fer, va créer un courant induit dans la bobine de droite. Mais, lorsque l’interrupteur est fermé, aucun courant ne circule dans la bobine de droite.

Doc 1 Le montage expérimental

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L’aiguille du galvanomètre n’indique le passage d’un courant qu’au moment même où l’on ouvre ou ferme l’interrupteur.

Ce n’est donc pas le champ magnétique mais sa variation qui crée du courant.

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Faraday réalise alors une autre expérience, avec un aimant qu’il approche et éloigne de la bobine. Le mouvement de l’aimant, et plus exactement de son champ magnétique, fait naître un courant alternatif induit dans la bobine. Faraday découvre ici le phénomène d’induction électromagnétique.

II L’induction exploitée par l’alternateur

1 Le stator et le rotor : deux pièces maîtresses

Les alternateurs électriques exploitent le phénomène d’induction électromagnétique.

Un alternateur est constitué de deux parties :

le stator est la partie fixe formée par une ou plusieurs bobines en cuivre ;

le rotor est la partie qui tourne et sur laquelle est fixé l’aimant. Plus le rotor tourne vite, plus l’intensité du courant est grande.

Doc 2 Éclaté de l’alternateur d’une voiture

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2 Un rendement efficace

L’alternateur a pour rôle de convertir de l’énergie mécanique en énergie électrique.

On trouve des alternateurs dans les éoliennes, les centrales hydrauliques, les usines marémotrices, les automobiles ou les éclairages de vélo (dynamo).

À noter

Scientifiquement, la dynamo désigne un générateur de courant continu, alors que l’appareil qu’on appelle « dynamo » sur un vélo délivre un courant alternatif !

Le rendement d’un alternateur est en général très bon.

Les pertes sont principalement dues aux frottements, qui peuvent survenir au niveau du rotor, et à l’échauffement du fil de cuivre de la bobine (effet Joule).

Le rendement se calcule grâce à la formule :

η =énergie utileénergie reçue= énergie électriqueénergie mécanique

Le rendement est sans unité et les énergies s’expriment en joule (J).

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