Les alternateurs électriques exploitent le phénomène d’induction électromagnétique découvert
par Faraday puis théorisé par Maxwell au XIXe siècle.
Ils réalisent une conversion d’énergie mécanique en énergie électrique avec un rendement
potentiellement très proche de 1.
Reconnaître les éléments principaux d’un alternateur (source de champ magnétique et fil
conducteur mobile) dans un schéma fourni.
Analyser les propriétés d’un alternateur modèle étudié expérimentalement en classe. Définir
le rendement d’un alternateur et citer un phénomène susceptible de l’influencer.
Au début du XXe siècle, la physique a connu une révolution conceptuelle à travers la vision
quantique qui introduit un comportement probabiliste de la nature. Le caractère discret des
spectres de raies d’émission des atomes s’explique de cette façon.
Interpréter et exploiter un spectre d’émission atomique.
L’exploitation technologique des matériaux semi-conducteurs, en particulier du silicium, en
est également une conséquence.
Ces matériaux sont utilisés en électronique et sont constitutifs des capteurs
photovoltaïques. Ceux-ci absorbent l’énergie radiative et la convertissent en énergie
électrique.
Comparer le spectre d’absorption d’un matériau semi-conducteur et le spectre solaire pour
décider si ce matériau est susceptible d’être utilisé pour fabriquer un capteur
photovoltaïque.
Tracer la caractéristique i(u) d’une cellule photovoltaïque et exploiter cette représentation
pour déterminer la résistance d’utilisation maximisant la puissance électrique délivrée.
Dans ce chapitre nous allons voir deux inventions qui permettent la production d’énergie électrique:
l’alternateur
les cellules photovoltaïques
Voici une vidéo d’excellente qualité produite par la BBC qui retrace l”«âge des inventions» de l’électricité
durant le XIXe siècle et diffusée sur arte.tv.
L’alternateur utilise le phénomène d’induction électromagnétique découvert par Faraday au XIXe
siècle.
Un fil électrique fixe(le stator) soumis à un champ magnétique tournant (le rotor)
produit un mouvement alternatif des électrons au sein du stator: on crée ainsi un courant
alternatif.
On utilise souvent une bobine pour produire le courant électrique. Une bobine est enroulement de
fil électrique qui lorsqu’elle est parcourue un courant produit un champ magnétique.
Les cellules photovoltaïques sont aujourd’hui utilisées pour convertir l’énergie radiative solaire en énergie
électrique. C’est une technologie autour de laquelle la recherche est acharnée compte tenu des impacts
économiques et environnementaux envisageables.
Ce type de cellules utilise des matériaux bien particuliers utilisés en électronique: les
semi-conducteurs comme le silicium.
2.1 Qu’est-ce qu’un semi-conducteur?
Vous avez déjà vu que les atomes présentent des spectres discrets qui ont été expliqués au début
du XXe siècle par la description quantique de la matière à l’échelle de l’infiniment
petit.
Pour être efficace et rentable, le matériau semi-conducteur doit absorber un maximum de l’énergie
radiative solaire pour la convertir en énergie électrique.
La limite théorique de rendement dite limite de Shockley-Queisser est de
l'ordre de 33% pour une
cellule unijonction, les meilleures cellules de ce type ont actuellement un rendement de 20 à
25%,
mais on peut améliorer le rendement en utilisant par exemple des cellules à jonctions multiples.
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