Partager l'article ! Bac STI génie mécanique: correction exercice Optique Photon Energie Solaire: Rappel: le photon est une particule d'énergie lumineuse E liée ...
Vous êtes bien sur le site JMBPROFESSIONNEL
professeur, photographe et militant des droits humains
et de la liberté des consciences.
Ce site est destiné aux étudiants de BTS MAI ( Mécanique et Automatismes Industriels)
à ceux du BTS TPIL ( Techniques Physiques pour l'Industrie et le Laboratoire)
et aux élèves de STI Génie Mécanique du Lycée Ste Croix St Euverte d'Orléans
Ce site contient aussi des rubriques destinées aux étudiants de la Licence Professionnelle ATC
(Activités et Techniques de Communication) de l'IUT de Blois.
Une nouvelle rubrique est ouverte: DUT SRC (services et réseaux de communication) du même IUT.
Enfin, une rubrique "Faisceaux Hertziens" pour les stagiaires du CFBS /DGA de Bourges
contient des articles et des extraits de cours sur le sujet.
Il n'y a aucune publicité sur ce blog, et encore moins de rétribution.
Ce travail est gratuit, et son auteur accepte de partager sans limite son travail.
2009 ANNEE MONDIALE DE L'ASTRONOMIE
OUVREZ VOS YEUX et CONTEMPLEZ l'UNIVERS!
professeur, photographe et militant des droits humains
et de la liberté des consciences.
Ce site est destiné aux étudiants de BTS MAI ( Mécanique et Automatismes Industriels)
à ceux du BTS TPIL ( Techniques Physiques pour l'Industrie et le Laboratoire)
et aux élèves de STI Génie Mécanique du Lycée Ste Croix St Euverte d'Orléans
Ce site contient aussi des rubriques destinées aux étudiants de la Licence Professionnelle ATC
(Activités et Techniques de Communication) de l'IUT de Blois.
Une nouvelle rubrique est ouverte: DUT SRC (services et réseaux de communication) du même IUT.
Enfin, une rubrique "Faisceaux Hertziens" pour les stagiaires du CFBS /DGA de Bourges
contient des articles et des extraits de cours sur le sujet.
Il n'y a aucune publicité sur ce blog, et encore moins de rétribution.
Ce travail est gratuit, et son auteur accepte de partager sans limite son travail.
2009 ANNEE MONDIALE DE L'ASTRONOMIE
OUVREZ VOS YEUX et CONTEMPLEZ l'UNIVERS!
Samedi 13 juin 2009
6
13
/06
/Juin
/2009
09:02
-
Par jean marie bourven
-
Publié dans : i-e1-a: Bac STI Génie Mécanique
Rappel:
le photon est une particule d'énergie lumineuse E liée à la fréquence f du rayonnement par la formule de Planck: E = h.f avec h = 6.62 10-34J.s
la longueur d'onde L et la fréquence d'un rayonnement lumineux f sont reliées par la formule:
L = c / f avec c = célérité de la lumière en m.s-1
Exercice 1:
un panneau photovoltaïque de rendement r = 0,08 et de surface S = 15 m² est éclairé par une lumière de longueur d'onde moyenne 550 nm ( 1 nanomètre = 10-9m)
la puissance solaire reçue face au soleil est d'environ 1300W/m²
1) calculer la fréquence f et l'énergie E d'un photon
milieu de propagation des rayons: air c = 3 108 m.s-1
rép: deux formules à employer L = c / f et E = hf qui donnent E = hc/L
A.N.: E = 6.62 exp(-34).3 exp8 / 550 exp(-9) = 3,61 exp (-19) J
2) calculer le nombre moyen de photons parvenant sur 1 m² de panneau placé face au soleil
rép: la question n'a de sens que si l'on fait le calcul sur une durée déterminée
le mieux, c'est en ligne directe avec la donnée du texte, c'est de choisir cette durée à 1 s
de la puissance P= W /t on déduit qu'au cours d'une durée t = 1s le panneau reçoit l'énergie W = 1300 J ...
le nombre N de photons reçus vaut simplement: N = W / E
A.N.: N = 1300 / 3,61 exp(-19) = 3,6 exp 21 photons /s
ramené en moles ce nombre deviendrait:
N' = N /(6,02 exp23)* = 6 exp(-3) *: nombre d'Avogadro des chimistes
ou encore N' = 6 mmol/s ( millimoles/seconde)
3) calculer la puissance électrique Pu du panneau.
la puissance électrique Pu est la puissance utile du panneau
celui fait 15 m² de surface, il reçoit donc Pa = 15x1300 = 19 500W = 19,5 kW
son rendement est seulement de 0,08, donc sa puissance utile devient:
Pu = 0.08x19,5 = 1,56 kW **
**: cette correction donnée, les lecteurs désirant poursuivra par l'exercice 2 utiliseront ce résultat numérique
Exercice 2
Le même panneau solaire est utilisé pour la chaîne de conversion photo-électrique ci-dessus.
Il délivre en pleine exposition solaire un courant de charge d'intensité I = 4A
L'accumulateur, de capacité de charge maximale Q = 50 Ah, stocke l'énergie électrique produite par le panneau.
L'onduleur la restitue sous forme de tension alternative u(t) = 325cos(314t)
Le rendement de l'accu est voisin de 95% et celui de l'onduleur de 98 %
1) calculer la durée Dt nécessaire à une mise en charge totale de l'accu initialement vide
la loi de charge d'un accu est Q= I.Dt avec I en A Dt en h et Q en A.h
il suffit d'écrire Dt = Q/I pour trouver Dt= 50/4=12,5h = 45 exp3 s
2) que vaut la quantité d'énergie solaire nécessaire pour effectuer cette mise en charge?
pendant la durée Dt, si on imagine l'ensoleillement constant (hypothèse d'école assez irréaliste) l'énergie solaire reçue vaudra: W = P.Dt
A.N.: avec P calculée au 3) de l'exercice 1 c'est à dire P = 19,5 kW on trouvera
W = 19,5 exp(3)x 45 exp3 = 8.78 exp 8 J
3) en déduire l'énergie utile Eu1 puis la puissance utile Pu1 reçue par l'accu
rappel: le rendement du panneau est de 8%
on a Eu1 = r1.W A.N.: Eu1 = 0.08x8.78 exp 8 = 7 exp7J
de même Pu1 = Eu1 /Dt donne Pu1= 7 exp7/ (45exp3) = 1560W
résultat qui confirme celui trouvé au 3) de l'exercice1
4) calculer la tension U de mise en charge de l'accu ( constitué de 16 éléments en série supportant 25V de tension de charge maximale chacun )
Le panneau délivre I = 4A d'où U = Pu1 / I A.N.: U = 390 V
qui donne en tenant compte de la loi des tensions sur une association série:
U = somme (u) = 16 u
u = 390/16 = 24,4V par élément, ce qui est tout à fait sous la limite imposée
L'accu est déchargé à 50% de sa capacité maximale par la mise en service de l'onduleur alimentant une charge utile. La décharge de l'accu s'effectue en 6h .
5) calculer l'énergie utile Eu2 fournie à l'onduleur par l'accu, et l'énergie utile Eu fournie par l'onduleur à sa charge utile.
en déchargeant l'accu de 50% de sa charge, on utilise l'énergie E'u2 égale à 50% de son énergie utile totale Eu2
tenant compte du rendement de l'accu on a la relation Eu2 = 0,95.Eu1
ainsi E'u2 = 0,5x0.95xEu1 qui donne A.N.: E'u2 = 0,5x0.95x7exp7 = 3.32 exp 7 J
Tenant compte de son rendement 0,98 l'onduleur fournit donc à la charge l'énergie électrique Eu = 0,98x3.32 exp 7 = 3.26 exp7J
6) calculer la puissance moyenne fournie par l'onduleur
dans cet exercice, si on consulte le schéma fourni, on notera que la puissance électrique fournie par le panneau et notée Pu1 correspond au Pu de l'exercice précédent: ici, par contre, Pu est la puissance utile de l'onduleur.
reprenant la chaîne des rendements en puissance on écrit:
Pu = r2.r.Pu1 avec r2= rendement de l'accu
r = rendement de l'onduleur
A.N.: Pu = 0,95x0,98x1560 = 1452W
La charge utile de l'onduleur est un dipôle d'impédance Z = 28 ohm et de facteur de puissance cos fi = 0,8
7) calculer la valeur efficace de l'intensité Iu du courant fournie par l'onduleur à la charge utile.
il suffit d'appliquer la loi de puissance active aux bornes d'un dipôle en régime harmonique:
Pu = Uu.Iu.cos fi qui donne Iu = Pu / ( Uu.cosfi )
u(t) = 325cos(314t) d'où la valeur de tension efficace:
Uu = Ûu / rac(2) = 325/ rac(2) = 230V
calcul numérique de Iu: Iu = 1452 / (230 x 0,8) = 7,9A
vérification par la loi d'Ohm: Iu = Uu / Z = 230/28 = 8,2 A au lieu de 7,9 différence due aux approximations successives de tous les résultats précédents
le photon est une particule d'énergie lumineuse E liée à la fréquence f du rayonnement par la formule de Planck: E = h.f avec h = 6.62 10-34J.s
la longueur d'onde L et la fréquence d'un rayonnement lumineux f sont reliées par la formule:
L = c / f avec c = célérité de la lumière en m.s-1
Exercice 1:
un panneau photovoltaïque de rendement r = 0,08 et de surface S = 15 m² est éclairé par une lumière de longueur d'onde moyenne 550 nm ( 1 nanomètre = 10-9m)
la puissance solaire reçue face au soleil est d'environ 1300W/m²
1) calculer la fréquence f et l'énergie E d'un photon
milieu de propagation des rayons: air c = 3 108 m.s-1
rép: deux formules à employer L = c / f et E = hf qui donnent E = hc/L
A.N.: E = 6.62 exp(-34).3 exp8 / 550 exp(-9) = 3,61 exp (-19) J
2) calculer le nombre moyen de photons parvenant sur 1 m² de panneau placé face au soleil
rép: la question n'a de sens que si l'on fait le calcul sur une durée déterminée
le mieux, c'est en ligne directe avec la donnée du texte, c'est de choisir cette durée à 1 s
de la puissance P= W /t on déduit qu'au cours d'une durée t = 1s le panneau reçoit l'énergie W = 1300 J ...
le nombre N de photons reçus vaut simplement: N = W / E
A.N.: N = 1300 / 3,61 exp(-19) = 3,6 exp 21 photons /s
ramené en moles ce nombre deviendrait:
N' = N /(6,02 exp23)* = 6 exp(-3) *: nombre d'Avogadro des chimistes
ou encore N' = 6 mmol/s ( millimoles/seconde)
3) calculer la puissance électrique Pu du panneau.
la puissance électrique Pu est la puissance utile du panneau
celui fait 15 m² de surface, il reçoit donc Pa = 15x1300 = 19 500W = 19,5 kW
son rendement est seulement de 0,08, donc sa puissance utile devient:
Pu = 0.08x19,5 = 1,56 kW **
**: cette correction donnée, les lecteurs désirant poursuivra par l'exercice 2 utiliseront ce résultat numérique
Exercice 2
Le même panneau solaire est utilisé pour la chaîne de conversion photo-électrique ci-dessus.
Il délivre en pleine exposition solaire un courant de charge d'intensité I = 4A
L'accumulateur, de capacité de charge maximale Q = 50 Ah, stocke l'énergie électrique produite par le panneau.
L'onduleur la restitue sous forme de tension alternative u(t) = 325cos(314t)
Le rendement de l'accu est voisin de 95% et celui de l'onduleur de 98 %
1) calculer la durée Dt nécessaire à une mise en charge totale de l'accu initialement vide
la loi de charge d'un accu est Q= I.Dt avec I en A Dt en h et Q en A.h
il suffit d'écrire Dt = Q/I pour trouver Dt= 50/4=12,5h = 45 exp3 s
2) que vaut la quantité d'énergie solaire nécessaire pour effectuer cette mise en charge?
pendant la durée Dt, si on imagine l'ensoleillement constant (hypothèse d'école assez irréaliste) l'énergie solaire reçue vaudra: W = P.Dt
A.N.: avec P calculée au 3) de l'exercice 1 c'est à dire P = 19,5 kW on trouvera
W = 19,5 exp(3)x 45 exp3 = 8.78 exp 8 J
3) en déduire l'énergie utile Eu1 puis la puissance utile Pu1 reçue par l'accu
rappel: le rendement du panneau est de 8%
on a Eu1 = r1.W A.N.: Eu1 = 0.08x8.78 exp 8 = 7 exp7J
de même Pu1 = Eu1 /Dt donne Pu1= 7 exp7/ (45exp3) = 1560W
résultat qui confirme celui trouvé au 3) de l'exercice1
4) calculer la tension U de mise en charge de l'accu ( constitué de 16 éléments en série supportant 25V de tension de charge maximale chacun )
Le panneau délivre I = 4A d'où U = Pu1 / I A.N.: U = 390 V
qui donne en tenant compte de la loi des tensions sur une association série:
U = somme (u) = 16 u
u = 390/16 = 24,4V par élément, ce qui est tout à fait sous la limite imposée
L'accu est déchargé à 50% de sa capacité maximale par la mise en service de l'onduleur alimentant une charge utile. La décharge de l'accu s'effectue en 6h .
5) calculer l'énergie utile Eu2 fournie à l'onduleur par l'accu, et l'énergie utile Eu fournie par l'onduleur à sa charge utile.
en déchargeant l'accu de 50% de sa charge, on utilise l'énergie E'u2 égale à 50% de son énergie utile totale Eu2
tenant compte du rendement de l'accu on a la relation Eu2 = 0,95.Eu1
ainsi E'u2 = 0,5x0.95xEu1 qui donne A.N.: E'u2 = 0,5x0.95x7exp7 = 3.32 exp 7 J
Tenant compte de son rendement 0,98 l'onduleur fournit donc à la charge l'énergie électrique Eu = 0,98x3.32 exp 7 = 3.26 exp7J
6) calculer la puissance moyenne fournie par l'onduleur
dans cet exercice, si on consulte le schéma fourni, on notera que la puissance électrique fournie par le panneau et notée Pu1 correspond au Pu de l'exercice précédent: ici, par contre, Pu est la puissance utile de l'onduleur.
reprenant la chaîne des rendements en puissance on écrit:
Pu = r2.r.Pu1 avec r2= rendement de l'accu
r = rendement de l'onduleur
A.N.: Pu = 0,95x0,98x1560 = 1452W
La charge utile de l'onduleur est un dipôle d'impédance Z = 28 ohm et de facteur de puissance cos fi = 0,8
7) calculer la valeur efficace de l'intensité Iu du courant fournie par l'onduleur à la charge utile.
il suffit d'appliquer la loi de puissance active aux bornes d'un dipôle en régime harmonique:
Pu = Uu.Iu.cos fi qui donne Iu = Pu / ( Uu.cosfi )
u(t) = 325cos(314t) d'où la valeur de tension efficace:
Uu = Ûu / rac(2) = 325/ rac(2) = 230V
calcul numérique de Iu: Iu = 1452 / (230 x 0,8) = 7,9A
vérification par la loi d'Ohm: Iu = Uu / Z = 230/28 = 8,2 A au lieu de 7,9 différence due aux approximations successives de tous les résultats précédents
Texte Libre
nous sommes le :
| Février 2012 | ||||||||||
| L | M | M | J | V | S | D | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||||||
| 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | ||||
| 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | ||||
| 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | ||||
| 27 | 28 | 29 | ||||||||
|
||||||||||
Rechercher
Texte libre
ce blog est à vocation informative et éducative sur les sciences physiques en particulier et sur les autres sciences en général...il ouvre des pistes de réflexion, fournit des explications à la demande, propose des solutions...
il est aussi à vocation humaniste...c'est pourquoi d'autres rubriques sont ouvertes: art, philosophie, poésie...
il est aussi à vocation humaniste...c'est pourquoi d'autres rubriques sont ouvertes: art, philosophie, poésie...
ce blog
- : jmbprofessionnel
-
- : Peinture photographie Science Météo Astronomie Pro
- : Liaison entre Jean Marie Bourven et ses élèves/étudiants/stagiaires: cours,corrigés,problèmes. sujets divers: météorologie, astronomie, philosophie, information scientifique
- Partager ce blog
- Retour à la page d'accueil
- Contact
Images aléatoires
les i-espaces
- i-info sur l'auteur (14)
- i-e1-a: Bac STI Génie Mécanique (54)
- i-e1-c: BTS MAI (53)
- i-e 2 : Composants électrotech (2)
- i-e3-a : Optique BTS TPIL (94)
- i-e3-c: Doc web TPIL et IUT (3)
- i-e 4: Licence Pro ATC TECAME IUT de Blois OPTIQUE (39)
- DUT-SRC-Photographie instrumentale (3)
- i-e 5: IUT MP Blois Optique Sem. Préparatoire (9)
- i-e 6: CFBS Faisceaux Hertziens (12)
- i-e 7: Climatologie St Hilaire St Mesmin (Loiret) (38)
- i-e 8 : Astronomie-Astrophysique (8)
- i-e 9 :Cadrans Solaires (7)
- i-e 10 : Scientifiques Célèbres (11)
- i-e 11: Philosophie et Science, (6)
- i- e 12: mes Invités (7)
- i-e 13 : coin Lecture ( revues, livres, presse ) (4)
- i-e 14: sur le WEB (7)
- i-e 15 photographe du mois (1)
vient de paraître
- Coorection sujet d'Optique BTS TPIL 2011
- ETATS DE LA MATIERE
- Bestiaire des particules par Benjamin Bradu
- Atomistique, règle de l'octet
- BTS TPIL (techniques physiques pour le laboratoire et l'industrie)
- révisions ORAL 2009 de Physique TSTI Génie Mécanique
- sujet et correction Sciences Physiques et Physique Appliquée Génie Mécanique 2009
- 10 petits exos de révisions pour TSTI Génie Mécanique
- Bac STI génie mécanique: correction exercice Optique Photon Energie Solaire
- Bac STI Génie Mécanique: oxydo-réduction des métaux
Archives
- mai 2011 (1)
- décembre 2010 (1)
- septembre 2009 (1)
- juillet 2009 (2)
- juin 2009 (7)
- mai 2009 (5)
- avril 2009 (3)
- janvier 2009 (1)
- décembre 2008 (4)
- novembre 2008 (7)
- octobre 2008 (3)
- septembre 2008 (1)
- juin 2008 (3)
- mai 2008 (6)
- avril 2008 (8)
- mars 2008 (1)
- février 2008 (6)
- janvier 2008 (4)
- décembre 2007 (9)
- novembre 2007 (9)
- octobre 2007 (15)
- septembre 2007 (10)
- août 2007 (1)
- juillet 2007 (8)
- juin 2007 (11)
- mai 2007 (19)
- avril 2007 (13)
- mars 2007 (14)
- février 2007 (7)
- janvier 2007 (24)
- décembre 2006 (16)
- novembre 2006 (13)
- octobre 2006 (39)
- septembre 2006 (33)
- août 2006 (5)
- juillet 2006 (6)
- juin 2006 (27)
- mai 2006 (29)
- avril 2006 (2)
pour vos amis
mes attaches
- Cours de thermodynamique IUT Lannion (JF Le Men G.Clec'h)
- l'Usine Nouvelle ( revue presse industrielle)
- WIKIPEDIA
- La Recherche (revue presse et en ligne)
- Observatoire de Paris
- Institut d'Astrophysique de Paris
- NASA (USA)
- Centre Etudes Spatiales (FRANCE)
- Dossiers de l'astronomie
- Blog de philosophie (Jérôme Coudurier-Abaléa)
- Blog TPIL - SCSE- Orléans
- SITE TPIL d'ORLEANS Ste Croix St Euverte
- Techno-Sciences
- Sciences for everyone (par B.Bradu)
- METEO FRANCE
- jeunes chercheurs de Bracieux Collège H.Fillay
- Réchauffement climatique ( la Thèse)
- Climat sceptique ( l'Antithèse)
- astroJM
- VIVE LES MATHS cours en ligne
- Site Faisceaux Hertziens d'Olivier Guillard
- Un écrivain à découvrir
- PLANETE BLEUE