Travaux pratiques de physiques 11 - correction, Exercices de Chimie Physique
Eleonore_sa
Eleonore_sa2 May 2014

Travaux pratiques de physiques 11 - correction, Exercices de Chimie Physique

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Travaux pratiques de physiques sur la question Comment peut-on stocker l’énergie ?Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Stockage de l’énergie dans une bobine, Stockage de l’énergie dans un condensateur, Sto...
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Bac S 2011 Nouvelle Calédonie Physique Chimie Exercice III : Comment peut-on stocker l’énergie ? (4 points)

1. Stockage de l’énergie dans une bobine

1.1. Pour une bobine idéale uL = L. dt

di .

En régime permanent, l’intensité i est constante, sa dérivée dt

di est nulle, alors uL = 0 V.

1.2. D’après la loi d’additivité des tensions : U = uR + uL D’après la loi d’Ohm uR = R.I En régime permanent U = R . I + 0

Ainsi I = U

R .

1.3. L’énergie emmagasinée par une bobine est EL = 1

2 . L . i(t)²

En régime permanent : EL = 1

2 . L . I²

1.4. D’après l’expression précédente : L = . L 2

2 E

I avec I =

U

R , il vient L =

. . 2L 2

2 E R

U .

L = ,

,

2

2

2 10 1 8

6 0

  = 1,8 H

1.5. L’énergie stockée dans cette bobine vaut Esupra = 1

2 . L . I²

Esupra = 1

2 x 0,10 x 500² = 1,3 x 104 J = 13 kJ

2. Stockage de l’énergie dans un condensateur 2.1. À la date t = 0 s, le condensateur préalablement déchargé, n’a pas eu le temps de se charger uC = 0 V.2.2. D’après la loi d’additivité des tensions U = uR’ + uC U = R.i0 + 0

d’où i0 = '

U

R

2.3. Lors de la charge du condensateur, sa tension augmente jusqu’à atteindre celle du générateur. Alors uC = U = 12 V.

2.4. L’énergie emmagasinée par un condensateur est EC = 1

2 .C.uC(t)²

Lorsque la charge est terminée uC = U d’où EC = 1

2 .C.U²

2.5. D’après l’expression précédente : C = . C

2

2 E

U

C = 2

2 10

12

 = 0,14 F

2.6. L’énergie stockée dans ce supercondensateur vaut : Esuper = 1

2 .C.U²

ESuper = 1

2 x 800 x 2,5² = 2,5 x 103 J = 2,5 kJ

3. Stockage hydraulique de l’énergie

3.1. L’énergie potentielle de pesanteur vaut : Epp = m.g.h et comme ρ=V

m alors m = ρ . V

d’où Epp = ρ.V.g.h avec h = 0 au niveau de la turbine. 3.2. Epp= 1,0 x 103 x 140x106 x 10 x 0,90x103 = 1,3x1015 J (Penser à convertir les km en m car le volume est en m3) 4. Comparaison de certaines caractéristiques des trois dispositifs

4.1. La puissance P = ppE

t

P = 310 10

10 24 60 60

   = 1,2×10–2 W = 12 mW(Penser à convertir les kJ en J et les jours en s)

La puissance moyenne disponible pour le barrage est de 12 mW par kg. 4.2. Calculons l’énergie souhaitée ESou = P.Δt = U.I.Δt ESou = 2,5×100×10 = 2,5×103 J soit 2,5 kJ D’après le tableau un supercondensateur stocke 20 kJ par kg. 20 kJ  1 kg 2,5 kJ  m kg

m = ,2 5

20 = 0,125 kg

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