Le vélojoule - manip n°25

Le vélojoule

Expérience n° : 25

Titre : Le vélojoule

Thème : Energie

Objet : Production d'énergie électrique ; transformations de l'énergie.

Niveau : :Tous suivant explications

Auteur de la fiche : reynaud@ircom.unilim.fr

Matériel :
1 vélo dont la roue arrière a été remplacée par un alternateur de voiture pour produire de l’électricité.
Ce système est équipé de :
1 changement de vitesse fonctionnel permettant d’adapter l'effort au gabarit de l’élève.
1 ensemble de lampes pouvant être mises en circuit par des interrupteurs.
1 voltmètre et 1 ampèremètre pour une exploitation plus approfondie.
1 résistance chauffante et 1 calorimètre.

Protocole :
Brancher l’alimentation 12 volts et régler le courant sur 1,5 à 2 ampères ceci suivant l’age des enfants( 1,5 pour les plus petits)(Rouge + ; blanc - ).
Commencer à faire pédaler et progressivement, grâce aux interrupteurs, augmenter le nombre de lampes branchées. Faire constater la difficulté croissante pour pédaler. Evoquer la consommation pour l’éclairage d’une maison ou l'effort fourni par les coureurs du tour de rance qui fournissent de l'ordre de 500 watts pendant toute la durée de la montée d'un col de haute montagne.
Faire chauffer un volume d’eau avec la résistance chauffante (branchement sur les embases bananes).
Rapprocher ces notions des phases d’un début de journée:
Éclairage, douche, petit déjeuner.
Il est possible de façon très transitoire de court-circuiter le montage pour évoquer les freins à induction pour les poids lourds (frein TELMA).

Mesure de sécurité :
Aspect mécanique: éloigner les élèves des chaînes et pignons.
Aspect électrique sans danger car basse tension
Aspect thermique: possibilités de brûlures sur les ampoules et résistance chauffante.
Echauffement de l’alternateur.

Expérience(s) voisine(s) :
Le visiteur pédale et produit de l'électricité qui alimente un phare longue portée de 100 watts. La lumière de ce phare éclaire un radiomètre disposé à 3 mètres du vélojoule : le radiomètre se met à tourner de façon inattendue ! Un radiomètre est une sorte de moulin à vent qui tourne non pas sous l'effet du vent mais sous celui de la lumière émise par le phare. Cette expérience illustre le transport d'énergie à distance dans l'air par rayonnement. Le sens de rotation du radiomètre peut être prévu en considérant l'absorption des faces noires des palles du radiomètre et en invoquant également la dilatation de l'air contenu dans l'ampoule du radiomètre se trouvant devant ces faces noires chauffées par le rayonnement incident.
Cette expériences permet d'illustrer différentes formes que peut prendre l'énergie en partant de la force musculaire de la personne qui actionne le vélojoule jusqu'à la rotation du radiomètre en passant par l'alternateur : chimique (réactions alimentant en énergie les muscles des jambes), mécanique (mouvement des jambes, du pédalier, de la chaine du vélo, du rotor de l'alternateur), électrique (production d'électricité par l'alternateur qui joue le rôle de transducteur électromécanique (ou plutot mécano-électrique), thermique (échauffement du filament de la lampe à incandescence), électromagnétique (rayonnement allant du phare au radiomètre), thermique (échauffement de l'air se trouvant devant les faces noires des palles du radiomètre) et à nouveau mécanique (rotation du radiomètre).
Cette expérience met aussi en évidence le rendement très faible de cette suite de transfomations ; ceci permet de sensibiliser les visiteurs au problème d'économie d'énergie.

Applications liées à l'expérience :
Sensibilisation aux économies d’énergie.
Évoquer les besoins énergétiques, énergies renouvelables etc...

Autre application liée à l'expérience :
L' alternateur est un générateur de courant électrique alternatif. Dans une centrale nucléaire, l'alternateur est couplé avec une turbine qui l'entraine à une vitesse de rotation de 1500 tours par minute, ce qui donne une fréquence de 50 hertz.

Annexe/Aide mémoire :


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