Centrale énergétique 123.987

Centrale
énergétique
Centrale
énergétique
Energie-Werkstatt
123.987
123.987
Opitec-Bausatz Nr. 123987
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Energiebegriff
les
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énergie
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benötigt
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Le
ventilateur a toujours
besoin de « quelque
chose »,
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Antriebs-Möglichkeiten
immer
„Etwas“.
les
que
soient
les
possibilités
diversifiées
d’entraînement.
Einmal bekommt er dieses „Etwas“ mit dem Licht der
Il obtient une fois ce « quelque chose » avec la lumière du
Sonne oder einer Lampe, dem elektrischen Strom aus
soleil ou d’une lampe, le courant électrique d’une pile, du
einer Batterie, dem Wind, der Wärme und Kälte,… Dieses
vent, de la chaleur et du froid…. Ce « quelque chose », dans
Der
„Etwas“
wird
in der est
Technik
le
domaine
technique
appelé„Energie“
« Energie ». genannt.
le ventilateur
Lüfter
bekommt
die
Energie
mit
unterschiedlichen
reçoit de l’énergie grâce à différents « porteurs d’énergie » :
„Energieträgern“:
Licht, air
elektrischer
Strom, etbewegte
lumière,
courant électrique,
mouvant, chaleur
froid…
Luft, Wärme und Kälte,…
Grâce
à ce kitBausatz
de construction,
on peut être témoin
Mit diesem
wird der Energiebegriff
de
cette
notion
d’énergie
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sens
de la décennie
erlebbar im Sinne der UNESCO-Dekade
„Bildungde
l’Unesco
«Education
en vue du développement dufür nachhaltige
Entwicklung“.
rable ». PlusMehr
de détails
HYPERLINK "http://www.
untersous
www.bne-portal.de
bne-portal.de" www.bne-portal.de
(4)
Laisse tourner le
ilateur !
Lass den Lüftveent
r drehen!
1
Prof.
Dieter
Plappert
– Séminaire
pourfür
didactique
formation
et de professeurs,
Prof.
Dieter
Plappert
- Seminar
Didaktiketund
Lehrerbildung
Freiburg D-Freiburg
Centrale
énergétique
Energie-Werkstatt
La construction du ventilateur : Temps de travail : - env. 15 minutes
Préparation : - trou dans un grand disque en bois à élargir pur M6 (perceuse à accus)
Si aucun foret n’est à disposition, alors on peut directement enfoncer l’écrou dans le trou percé !
Outils : - marteau, ciseaux
Matériel supplémentaire :
ruban adhésif 2 cm, 2 pots à confiture en verre
Instructions :
Raccordement des câbles crocodiles aux câbles de moteur :
Coupe le câble crocodile en deux morceaux d’égale longueur.
Ôte l’isolation aux extrémités du câble crocodile à l’aide des ciseaux : fais une insertion
dans le gainage en plastique d’env. 1 cm à env. 1 cm de l’extrémité et enlève-le.
Torsade le câble de cuivre ainsi libéré entre tes doigts.
Maintenant, relie les 2 câbles crocodiles avec les deux câbles du moteur : torsade les
extrémités dénudées entre elles et appuie-les sur le câble crocodile.
Enroule les câbles torsadés avec env. 1 cm de ruban adhésif, en tendant bien ce ruban.
Construction du support de moteur :
Avec le marteau, enfonce l’écrou dans le trou de la grande rondelle en bois, aussi
loin que possible (1)
Fais passer la vis par en haut, dans le support de moteur et fixe-la avec un écrou à
oreilles. Serre la vis aussi fort que possible (2).
Visse le deuxième écrou à oreilles, 1 cm env. sur la vis, avec les oreilles vers le haut
(3)
Enfonce la petite rondelle en bois comme rondelle d’écartement sur la vis (3) et
tourne le support de moteur dans la partie du pied.
Mets le point de liaison des câbles sous la rondelle d’écartement et tourne la vis à
oreilles très fort vers le bas, de manière à ce que les câbles restent bien à distance
Le rayonnement du soleil sur une surface
de 700 kilomètres carrés suffit à couvrir
les besoins mondiaux en énergie
de la rondelle d’écartement . Compare avec l’illustration (4) en page 1
Enfonce le moteur dans le support de moteur.
Bild: (4) auf Seite 1
Mise en service du ventilateur :
Visse l’hélice du ventilateur de manière à ce que les ales de l’hélice soient
un peu inclinées. (voir
annexe
en dernière
page)
(s. Anlage
letzte
Seite)
Pose l’hélice sur l’axe de moteur.
Teste le moteur avec une pile ou la cellule solaire, avec la lumière du soleil
ou celle d’une lampe claire.
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2
Centrale
énergétique
Energie-Werkstatt
Centrale
hélioélectrique
Solarkraftwerk
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Relie le ventilateur à la cellule solaire
Solarzelle an.
Mets la cellule solaire dans la lumière
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Solarzelle
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rapidement
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Lorsque
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tourne plus
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vite, quelle en est la cause ?
dreht?
• Woran liegt es, wenn sich der
Propeller mehr oder weniger
schnell dreht?
Centrale hélioélec
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Centrale
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Windkraftwerk
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Relie
les raccordements
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Leuchtdiode
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dem
Lüfter,
lumineuse avec le ventilateur de manidass der kurze Anschluss mit
ère à ce que le petit raccordement soit
dem roten Kabel des Motors
relié au câble rouge du moteur et le
undraccordement
der lange au
Anschluss
long
câble noir. mit
demun sèche-cheveux
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Kabel
Tiens
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le ventilateur
einen kräftigen Fön so
• Halte
tourne
rapidement.
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Propeller,
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• Warum kann man das, was
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Centrale
énergétique
Energie-Werkstatt
Centrale
thermique
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Marmeladenglas
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de
l’eau
chaude
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l’eau
heißem und ein Marmeladenglas
froide.
Les deux
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Wasser
gefüllt.
Die Gläser
müssen
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entièrement,
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damit sich keine
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• Lege
das l’élément
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qu’on
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thermique,
Blättchen,
das
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tout d’abord sur le verre d’eau
froide
Thermoelement,
zuerst
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puis sur le verre d’eau chaude
kalte, dann auf das warme, dann
ensuite, entre les deux verres.
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Dans
quelles circonstances est-ce
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que
le
ventilateur
tourne avec
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Bedingung
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thermique
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de l’autre
côté.
andere.
Est-ce
que le ventilateur se tourne
•Dreht sich uniquement
der Propeller
jetzt
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7
Fonctionnement de l’élément thermique
On peut expliquer le fonctionnement de l’élément thermique sans avoir recours aux « représentations de particules ». Le principe physique de base de notre description ici est la théorie de transport d’Onsager, dans laquelle
l’accouplement de différents courants de tailles extensives est observé (2).
Voici ci-dessous un extrait de l’exposé de F. Hermann (3) :
« Un conducteur électrique est réchauffé à une extrémité et refroidi à
une autre. Ill. 6.13. En conséquence de cela, un courant d’entropie circule du chaud vers le froid. Ce courant d’entropie est maintenant, même
a
si il est faible, accouplé aux électrons. Il essaie d’emporter les électrons,
avec sa charge électrique, sa masse et sa quantité de matière. On peut
se représenter le processus ainsi : on aimerait balayer un sol un peu
A
rude. Le balai prend la poussière avec lui mais pas complètement. « le
b
courant du balai » et le « courant de la poussière » sont accouplés l’un
B
à l’autre mais l’accouplement est mobile. Pour que l’on puisse enlever
complètement la poussière, il faut faire bouger plusieurs fois le balai au
A Fer
sol. L’équivalence est désormais balai – Entropie et poussière – Charge
c
électrique.
B Cuivre
Que se passe-t-il alors dans le cas de notre conducteur électrique?
L’entropie prend d’abord un peu de la charge électrique. De ce fait,
A Fer
une différence de potentiel électrique se crée entre les extrémités du
d
conducteur, qui représente un entraînement opposé pour les électrons.
B Cuivre
B Cuivre
Lorsque l’entraînement thermique et électrique sont devenus pareils,
ce qui se produit après très peu de temps, alors les électrons cessent de
Abb.
6.13 Der
ist geschlossen.
Leuchtet
das LämpIll. 6.13.
Le Stromkreis
circuit électrique
est fermé.
L’ampoule
bouger.
chen?
(b) Stromkreis
ohneélectrique
Lämpchen.sans
Sowohl
am, unteren
s’allume ?
(b). Circuit
ampoule.
Les also
auch am oberen Arm des Stromkreises werden die Elektronen
Par contre, l’entropie continue de circuler, elle n’est pas accouplée de
électrons
sont
entraînés
vers
la
droite,
que
ce
soit
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nach rechts getrieben. Es gibt keinen Antrieb der die Elektrole bras
inférieur
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supérieur
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Il n’y
manière fixe aux électrons.
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herumdreht.
(c) Die
Kopplung
a paselektrischer
d’entraînement
retourne
les électrons
dansDie
und
Ladungqui
ist im
Eisen stärker
als im Kupfer.
A l’aide de ce phénomène, nous essayons de construire une source
Elektronen
werden
im Uhrzeigersinn
(d) Das
le cercle. ©
L’accouplement
entremitgenommen.
énergie et charge
Lämpchen
d’énergie électrique. On aurait uniquement besoin, du moins le pense
électriqueleuchtet.
est plus fort dans le fer que dans le cuivre.
Les électrons sont pris dans le sens des aiguilles d’une
t-on de raccorder aux deux extrémités du conducteurs deux fils, qui
montre. (d) l’ampoule s’allume.
vont par exemple vers une lampe et cette lampe devrait s’allumer.
Vraiment ?
Tout d’abord, nous enlevons la lampe du circuit électrique. Conformément à nos attentes, on a un circuit électrique
court-circuité .dans lequel un courant électrique devrait circuler. Mais ce n’est pas du tout le cas. Il se passe quelque
chose, que l’on a déjà évoqué tout au début : si on se représente que l’on se déplace une fois en cercle, pour la charge c’est la même chose, mais aussi pour l’entropie.
Il ne manque cependant que peu de choses pour faire fonctionner l’appareil. On a uniquement besoin de faire les
liaisons A et B à partir de métaux différents, par exemple Aen fer et B en cuivre. Les entraînements en A et en B ne
sont plus d’égale puissance, car l’accouplement de l’entropie à la charge électrique est différente dans chacun des
deux matériaux. Dans notre cas, elle est dix fois plus forte dans le fer que dans le cuivre. L’entropie tire plus aux électrons dans la partie ferreuse de la trajectoire que dans la partie cuivrée. L’entraînement dans le fil de fer « gagne » par
rapport à celui du fil de cuivre. Les électrons se mettent en mouvement, dans le sens des aiguilles d’une montre.
Résumé :
Le fonctionnement de l’élément thermique repose sur une différence
d’accouplement de l’entropie à la charge électrique. J’explique cela encore à
l’aide d’une comparaison. Une corde fermée est suspendue à une poulie. J’essaie
de faire bouger la corde en faisant glisser mes mains de haut en bas sur la corde.
Pour ce faire, je saisis d’abord la corde des deux côtés, avec la même force. Puisque je tire en même temps, à gauche et à droite et de la même manière, la corde
ne bouge pas. Maintenant je fais l’accouplement entre main et corde à droite et
à gauche de manière différente en saisissant à gauche un peu plus fort. L’effet de
synchronisation de la mains gauche est maintenant plus fort et la corde commence à bouger dans le sens contraire des aiguilles d’une montre.
L’équivalence est : Mains – Entropie et Corde – Charge électrique
8
Force
Faiblesse
Les mains commencent à bouger vers
le bas, à gauche avec un peu plus
d’accouplement et à droite un peu
moins. La corde bouge ensuite dans
le sens contraire des aiguilles d’une
montre.
Construction de l’élément thermique
Au lieu de deux métaux différents soudés ensemble, on va utiliser dans la pratique des matériaux semi-conducteurs. Par exemple, des éléments de bismuth et tellurite dopés p et n, qui induisent un rendement sensiblement plus élevé que celui des métaux ordinaires.
Plaque de céramique réchauffée (par ex. 100°C
Plaque de cuivre
Dopage n Bi2Te3ai
Dopage p Bi2Te3
Plaque métallique à température
ambiante
Au lieu de souder les 2 matériaux semi-conducteurs ensemble, la tension thermique est prise à partir
de deux conducteurs de même matériel. Les deux extrémités inférieures des semi-conducteurs se trouvent à la température la plus basse.
Dans les éléments thermiques vendus dans le commerce, les éléments de base sont connectés selon le
besoin, en parallèle ou en série.
Côté chaud – céramique
Bandes de cuivre
Côté froid – céramique
Tension thermique
Données techniques :
Les éléments thermiques que vous pouvez obtenir chez Opitec ont les données techniques suivantes :
Puissance de refroidissement max. 17W
Différence de température max. 67°
Tension de fonctionnement max.
8 V
Courant de fonctionement 3,5 A
Résistance ohmique
1,8Ώ
Valeur conductrice de chaleur 140mW/K
Température max. de fonctionnement - Fonctionnement permanent 70°, temporaire 110°C
Tension thermique
27mV/K
Littérature
Autre littérature sur l’élément thermique
M. Grote « Von der Wärmepumpe zur k-Wertbestimmung an Fensterscheiben“, Praxis der Naturwissenschaften, 4/98
Autres descriptions d’essais:
En ligne sur HYPERLINK "http://www.opitec.de" www.opitec.de
Si vous souhaitez vos propres feuilles de travail, contactez Dieter Plappert, séminaire pour didactique et formation de
professeurs Freiburg. HYPERLINK "mailto:[email protected]" [email protected]
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Set de construction des hélices
Surface inclinée
Poser la surface inclinée sur le moyeu
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