Electricité Electricity

Electricité
Electricity
Réf :
332 016
Français – p 1
English – p 7
Version : 8007
Lampe écologique
Ecological Lamp
Electricité
Lampe écologique
Réf :
332 016
1 Généralités
1.1 But de l’appareil
La lampe écologique est conçue pour illustrer expérimentalement la
production d’énergie électrique par transformation de l’énergie mécanique.
Elle met en évidence de façon très explicite et permet d’appréhender
qualitativement le fait que l’énergie mécanique à fournir à l’alternateur est
d’autant plus grande que l’énergie électrique qu’il doit produire est plus
importante.
1.2 Description
L’action mécanique est réalisée par une manivelle qui met en rotation
l’alternateur par l’intermédiaire d’un ensemble d’engrenages qui démultiplient
le mouvement.
Le générateur est relié à un culot E10 de lampe et, en dérivation, à une prise à
laquelle se branche un câble muni de pinces crocodiles à connecter à un
oscilloscope ou à une interface pour une exploitation du signal fourni.
On peut brancher ou non la lampe à incandescence et comparer les efforts
musculaires qu’il faut fournir pour assurer la rotation de l’alternateur.
Remarque : Par l’intermédiaire du câble, on peut brancher un petit moteur et
montrer la réversibilité électromagnétique qui existe entre un alternateur et un
moteur.
1.3 Composition
d
c
e
f
g
i
h
c
d
e
f
g
h
i
FRANÇAIS
Manivelle
Système d’entraînement par engrenages
Alternateur
Culot E10
Ampoule à incandescence 6 V ; 0,5 A
Prise (+ cordon de raccordement)
Poignée
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1.4 Caractéristiques techniques
L’alternateur et le système d’entraînement par engrenages sont placés dans
un boîtier en plastique transparent muni d’une poignée, ce qui assure une
parfaite visibilité du mécanisme et une bonne préhension de l’ensemble.
La manivelle en plastique est clipsée à l’axe solidaire de l’engrenage
d’entraînement.
La lampe à incandescence vissée au culot E10 a pour caractéristiques : 6 V ;
0,5 A.
Les dimensions de la lampe écologique sont : 160 x 110 x 40 mm
2 Mise en œuvre
2.1 Production
d’énergie
électrique
transformation de l’énergie mécanique
c
par
d
2.1.1 Expérience avec une ampoule vissée c
On branche la lampe à incandescence aux bornes de l’alternateur. On met
l’alternateur en rotation en lui fournissant de l’énergie mécanique (effort
musculaire). On observe que la lampe s’allume – quel que soit le sens de
rotation de la bobine – ce qui signifie qu’elle reçoit de l’énergie électrique.
Ainsi l’énergie mécanique reçue par l’alternateur est convertie en d’énergie
électrique.
2.1.2 Expérience sans ampoule vissée d
On dévisse la lampe à incandescence et on met l’alternateur en rotation. On
constate que l’effort musculaire -et donc l’énergie mécanique fournie- est
moins important que dans l’expériencec.
2.1.3 Conclusion
L’énergie mécanique qu’il faut fournir dépend de l’énergie électrique
consommée par le récepteur (ici, la lampe à incandescence).
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2.2 Mise en évidence de la dépendance entre
l’énergie mécanique produite et l’énergie
électrique consommée
e
f
On peut mettre en évidence l’énergie mécanique à produire pour générer
l’énergie électrique consommée par l’ampoule à incandescence en accrochant
une masse marquée (voisine de 200 g) sur la manivelle.
La manivelle étant en position basse, on la tourne pour la positionner
horizontalement :
Dans l’expérience e, avec une ampoule vissée, la manivelle reste dans sa
position ce qui signifie que l’énergie de position de la masse marquée est
insuffisante pour vaincre les frottement et produire de l’énergie électrique.
Dans l’expérience f, sans ampoule vissée, la manivelle tourne sous l’effet du
poids de la masse marquée. L’énergie de position est suffisante pour vaincre
les frottements.
2.3 Tension générée aux bornes de l’alternateur
On branche les bornes de l’alternateur à une interface reliée à l’ordinateur par
l’intermédiaire du câble fourni, on tourne la manivelle et on obtient :
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On observe que :
1. La tension à vide est en moyenne plus grande que celle en charge à
vitesse de rotation sensiblement identique.
En charge, l’énergie mécanique est transformée par l’alternateur en
rotation, d’une part, en énergie électrique et, d’autre part, en énergie
thermique. Cette perte par effet Joule a pour effet d’abaisser la tension.
2. La tension électrique produite est variable mais elle est toujours soit
positive soit négative selon le sens de rotation de l’alternateur. Cela est
dû à la présence d’un collecteur qui change le sens de la tension à
chaque demi tour de bobine.
2.4 De la lampe au moteur : réversibilité alternateur
- moteur
L’énergie électrique produite par l’alternateur peut être transformée également
en énergie mécanique dans un moteur.
On branche un moteur muni d’une hélice par l’intermédiaire du câble. La
chaîne énergétique obtenue est :
Énergie mécanique (effort musculaire + manivelle) → énergie électrique
(alternateur) → Énergie mécanique (moteur).
Cette expérience permet de montrer la réciprocité électromagnétique qui
existe entre l’alternateur et le moteur :
-
Un courant dans un champ magnétique produit un déplacement du
conducteur (loi de Laplace) : c’est le principe du moteur.
-
Le déplacement d’un conducteur dans un champ magnétique produit
un courant induit, ce qui fait que le conducteur devient un générateur :
c’est le principe de l’alternateur.
Le moteur et l’alternateur sont des dipôles identiques, qui se traduisent par le
schéma suivant :
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Énergie électrique
U
Moteur
Énergie mécanique
ω
Alternateur
ω
Énergie mécanique
U
Énergie électrique
3 Service après vente
La garantie est de 2 ans, le matériel doit être retourné dans nos ateliers.
Pour toutes réparations, réglages ou pièces détachées, veuillez contacter :
JEULIN - SUPPORT TECHNIQUE
Rue Jacques Monod
BP 1900
27 019 EVREUX CEDEX FRANCE
0825 563 563
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NOTES
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Ecological Lamp
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1 General
1.1
Purpose of the appliance
The ecological lamp is designed to illustrate by experiment, the production of
electrical energy through the conversion of mechanical energy.
It demonstrates this in explicit fashion, allowing a qualitative understanding of
the fact the mechanical energy which must be supplied to the alternator must
increase as the electrical energy that must be produced also increases.
1.2
Description
The mechanical action is generated by a handle which rotates the alternator
using a set of gears to gear down the movement.
The generator is linked to an E10 lamp holder, with a branch to a socket to
which a cable with crocodile clips is plugged in, to connect an oscilloscope or
and interface, to analyse the signal supplied.
An incandescent lamp may or may not be plugged in to compare the muscular
efforts required to rotate the alternator.
Remark: Using the cable, it is possible to connect a small motor and
demonstrate the electromagnetic reversibility between an alternator and a
motor.
1.3
Composition
d
c
e
f
g
i
h
c
d
e
f
g
h
i
ENGLISH
Handle
Gear drive system
Alternator
E10 lamp base
6 V ; 0.5A incandescent lamp
Socket (+ connecting cable)
Handle
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1.4
Technical characteristics
The alternator and the gear drive system are placed in a transparent plastic
housing equipped with a handle, to ensure total visibility of the mechanism and
satisfactory grip of the assembly.
The plastic handle is clipped to the stud which forms part of the drive gears.
The incandescent lamp screwed into the E10 lamp holder has the following
characteristics: 6 V ; 0.5A.
The dimensions of the ecological lamp are: 160 x 110 x 40 mm
2 Instructions for use
2.1 Production of electrical energy by conversion
of mechanical energy
c
2.1.1
d
Experiment with a screwed in lampc
Connect the incandescent lamp to the alternator terminals. Rotate the
alternator by supplying mechanical energy (muscular effort). Observe the lamp
light up irrespective of the direction of rotation of the coil, which indicates it is
receiving electrical energy.
Thus the mechanical energy received by the alternator is converted to
electrical energy.
2.1.2
Experiment without screwed in lampd
Unscrew the incandescent lamp and rotate the alternator. It can be observed
the muscular effort – hence the mechanical energy supplied – is less than in
experimentc.
2.1.3
Conclusion
The mechanical energy that must be supplied depends on the electrical
energy consumed by the receiving device (here, the incandescent lamp).
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2.2 Demonstrating the dependency between the
mechanical energy produced and the electrical
energy consumed
e
f
It is possible to demonstrate the amount of mechanical energy needed to
generate the electrical energy consumed by the incandescent lamp by hooking
a marked weight (approximately 200 g) on the handle.
With the handle in the low position, turn to position it horizontally:
In experimente, with a lamp screwed in, the handle remains in this position,
which means the energy of the position of the marked weight is insufficient to
overcome friction and generate electrical energy.
In experimentf, without a screwed in lamp, the handle turns under the effect
of the weight of the marked weight. The position energy is sufficient to
overcome friction.
2.3
Voltages generated at the alternator terminals
Connect the alternator terminals to an interface linked to a computer using the
cable supplied, turn the handle and the following is obtained :
u_without_lamp_ u_with_lamp (v)
off-load voltage
voltage under load
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It can be observed that :
1. The off-load voltage is on average greater than the on-load voltage at
the same rotation speed.
Under load, the mechanical energy is converted by the rotating
alternator, partly into electrical energy and partly into heat energy. The
loss by the Joule effect reduces the voltage.
2. The electrical voltage produced is variable but is always either positive
or negative, depending on the direction of rotation of the alternator. This
is caused by the presence of the collector which changes the direction
of the voltage at each half rotation of the coil.
2.4 From the lamp to the motor: alternator – motor
reversibility
The electrical energy produced by the alternator can also be converted to
mechanical energy in a motor.
Connect a motor equipped with a propeller using the cable. The energy chain
obtained is:
Mechanical effort (muscular effort + handle) → electrical energy (alternator) →
Mechanical energy (motor).
This experiment allows demonstrating the electromagnetic reciprocity of the
alternator and the motor:
-
A current in a magnetic field causes movement of the conductor
(Laplace’s law): this is the principle of the motor.
-
Movement of a conductor in a magnetic field produces an induced
current, which means the conductor becomes a generator: this is the
principle of the alternator.
The motor and the alternator are identical dipoles, as manifested in the
following diagram:
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Electrical
Energy
U
Mechanical
Energy
ω
Motor
Alternator
ω
U
Mechanical
Energy
Electrical
Energy
3 After-Sales Service
This material is under a two year warranty and should be returned to our
stores in the event of any defects.
For any repairs, adjustments or spare parts, please contact:
JEULIN - TECHNICAL SUPPORT
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BP 1900
27 019 EVREUX CEDEX FRANCE
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