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De l'induction à l'alternateur : histoire et caractéristiques d'un convertisseur d'énergie

La machine de Pixii est considérée comme le premieralternateur. Elle est construite par les Pixii père...

Sommaire

La machine de Pixii : le premier alternateurLes différentes formes d'énergieFréquence du courant électrique français
Questions sur les documentsVocabulaire

La machine de Pixii : le premier alternateur

La machine de Pixii est considérée comme le premieralternateur. Elle est construite par les Pixii père et fils en 1832. Ils utilisent le phénomène d'induction découvert par Faraday un an plus tôt.
Dans un alternateur, un aimant est mis en rotation au voisinage d'une ou plusieurs bobines de fils fixées sur la structure. 
En faisant tourner l'aimant grâce à une manivelle et un système d'engrenages, un courant électrique induit apparaît aux bornes de la (ou des) bobines. Ce courant, alors alternatif, va circuler à l'intérieur des fils et peut être transformé en courant continu à l'aide d'un commutateur.

Les différentes formes d'énergie

Stockée dans les objets, les particules, les atomes, etc., l’énergie se manifeste d'une multitude de manières. Mais qu’elle soit radiative, électrique, nucléaire, mécanique, thermique ou encore chimique, elle peut toujours se convertir d’une forme à une autre.   
La carte mentale ci-dessous répertorie les différentes formes d'énergie, et présente pour chacune d'elle un exemple qui permet d'identifier sa présence.

Fréquence du courant électrique français

Au début du XXesiècle, la plupart des pays européens, y compris la France, ont décidé de normaliser le courant alternatif qui circule sur leur réseau à une fréquence de 50 Hz. Cela permit notamment de faciliter l'interconnexion entre les nations du continent. En effet, à l'aube de l'électrification à la fin du XIXesiècle, diverses fréquences électriques étaient en usage dans les différents pays, oscillant généralement entre 40 Hz et 100 Hz. Cette valeur standardisée de 50 Hz offre un compromis optimal entre l'efficacité des transformateurs utilisés pour réguler la tension électrique et leur taille, ces derniers étant moins performants à des fréquences élevées mais plus encombrants à des fréquences basses.

Questions sur les documents

1.Identifierles éléments de l'alternateur qui jouent le rôle dustatoret durotor dans la machine de Pixii.
2.Déterminerla conversion d'énergie qui a lieu au sein d'un alternateur.
3.À l'aide de la simulation, indiquerl'influence de chacun des paramètres ci-dessous sur la tension produite par l'alternateur :
  • Paramètre n°1 : le nombre de tours de fils dans la bobine ;
  • Paramètre n°2 : la vitesse de rotation de l'aimant.
4.La vitesse de rotation de l'aimant impacte également la fréquence du courant alternatif produit par un alternateur : 
f=N×vrotf=N\times v_{rot}f=N×vrot​
, où 
NNN
 est le nombre d'aimants et 
vrotv_{rot}vrot​
 est la vitesse de rotation du (ou des) aimant(s) en 
tr.s−1\text{tr.s}^{-1}tr.s−1
.
Déterminerla vitesse de rotation adéquate pour permettre à un alternateur composé d'un aimant de produire du courant électrique injectable dans le réseau français.Commenterce résultat.

Vocabulaire

Rotor: élément en mouvement d'un alternateur, qui porte la source du champ magnétique.
Stator: élément immobile où apparaît un courant induit par le rotor.
Courant alternatif :courant électrique dans lequel les électrons changent de sens de circulation à intervalles de temps réguliers. Il est caractérisé par sa fréquence, exprimée en hertz (Hz), qui correspond au nombre de changement de sens opérés chaque seconde.