Pédaler pour S'éclairer : L'Énergie du Vélo
Transformer l'effort en lumière, c'est possible !
Tu as déjà fait du vélo ? En pédalant, tu fournis un effort, une énergie musculaire. Savais-tu que cette énergie peut être transformée en électricité ? C'est le principe du vélo générateur ! En connectant la roue du vélo à un petit appareil appelé dynamo (ou générateur), on peut produire du courant électrique, assez pour allumer une ampoule par exemple. Dans cet exercice, nous allons calculer l'énergie que l'on peut produire en pédalant.
Mission : Combien de temps pour lire avec un vélo ?
Voici les informations que nous allons utiliser :
Les formules importantes à retenir sont :
Schéma : Le vélo générateur de Sophie
Sophie pédale, la dynamo tourne et produit de l'électricité pour allumer l'ampoule.
Questions à résoudre
- Qu'est-ce que l'énergie ? Qu'est-ce que la puissance ? Quelle est la différence entre les deux ?
- Sophie pédale pendant \(30 \text{ minutes}\). Convertis cette durée en secondes.
- Calcule l'énergie totale \(E_{\text{fournie}}\) produite par Sophie en pédalant. Donne ton résultat en Joules (J).
- Sophie veut utiliser cette énergie pour alimenter sa lampe de \(25 \text{ W}\). Pendant combien de temps \(t_{\text{lampe}}\) cette lampe pourra-t-elle briller grâce à l'énergie fournie par Sophie ? (Utilise la formule \(E = P \times t\), réarrangée pour trouver \(t\)). Donne le résultat en secondes, puis convertis-le en minutes (et secondes si besoin).
- Imagine que le système (vélo, dynamo, fils, lampe) n'est pas parfait et qu'une partie de l'énergie fournie par Sophie est perdue (par exemple en chaleur à cause des frottements). Si seulement \(80\%\) de l'énergie calculée à la question 3 est réellement disponible pour la lampe, combien de temps la lampe pourrait-elle briller dans ce cas ?
Correction : Pédaler pour S'éclairer
Question 1 : Énergie et Puissance
Réponse :
L'énergie est la capacité à effectuer un travail ou à produire de la chaleur. Elle existe sous différentes formes (musculaire, électrique, lumineuse, thermique, etc.) et se mesure en Joules (J).
La puissance est la vitesse à laquelle l'énergie est transférée ou transformée. Elle indique la quantité d'énergie fournie ou consommée par unité de temps. Elle se mesure en Watts (W), où \(1 \text{ Watt} = 1 \text{ Joule par seconde}\).
La différence est que l'énergie est une quantité "stockée" ou "transférée", tandis que la puissance est un "débit" d'énergie. Par exemple, une batterie stocke de l'énergie, et une ampoule a une certaine puissance qui détermine à quelle vitesse elle consomme cette énergie.
Question 2 : Conversion du temps
Réponse :
Sophie pédale pendant \(t_{\text{pédalage}} = 30 \text{ minutes}\).
Comme \(1 \text{ minute} = 60 \text{ secondes}\) :
Sophie pédale pendant \(1800 \text{ secondes}\).
Question 3 : Calcul de l'énergie fournie
Réponse :
L'énergie \(E_{\text{fournie}}\) se calcule avec la formule \(E = P \times t\).
Données : \(P_{\text{fournie}} = 100 \text{ W}\), \(t_{\text{pédalage}} = 1800 \text{ s}\)
Sophie a fourni une énergie de \(180\,000 \text{ Joules (J)}\).
Quiz Intermédiaire 1 : Si Sophie pédalait avec une puissance deux fois plus grande (\(200 \text{ W}\)) pendant la même durée (\(30 \text{ minutes}\)), l'énergie fournie serait :
Question 4 : Durée d'éclairage de la lampe
Réponse :
L'énergie disponible pour la lampe est \(E_{\text{disponible}} = E_{\text{fournie}} = 180\,000 \text{ J}\).
La puissance de la lampe est \(P_{\text{lampe}} = 25 \text{ W}\).
On utilise la formule \(E = P \times t\), que l'on peut réarranger pour trouver \(t\) : \(t = \frac{E}{P}\).
Pour convertir en minutes : \(t_{\text{lampe en minutes}} = \frac{7200 \text{ s}}{60 \text{ s/minute}} = 120 \text{ minutes}\).
La lampe pourra briller pendant \(7200 \text{ secondes}\), soit \(120 \text{ minutes}\) (ou \(2 \text{ heures}\)).
Question 5 : Cas avec pertes d'énergie
Réponse :
Si seulement \(80\%\) de l'énergie est disponible, cela signifie que l'énergie réellement utilisable pour la lampe est :
Calculons la nouvelle durée d'éclairage \(t'_{\text{lampe}}\) avec cette énergie utilisable :
Pour convertir en minutes : \(t'_{\text{lampe en minutes}} = \frac{5760 \text{ s}}{60 \text{ s/minute}} = 96 \text{ minutes}\).
Avec \(80\%\) d'efficacité, la lampe pourrait briller pendant \(5760 \text{ secondes}\), soit \(96 \text{ minutes}\) (ou \(1 \text{ heure et } 36 \text{ minutes}\)).
Quiz Intermédiaire 2 : L'unité de la puissance est le Watt (W). Un Watt correspond à :
Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)
1. L'énergie se mesure en :
2. Si une personne pédale avec une puissance de \(50 \text{ W}\) pendant \(100 \text{ secondes}\), quelle énergie produit-elle ?
3. Une dynamo sur un vélo sert principalement à :
Glossaire
- Énergie (\(E\))
- Capacité d'un système à produire un travail ou à provoquer un changement. Elle se mesure en Joules (J).
- Puissance (\(P\))
- Quantité d'énergie transférée ou convertie par unité de temps. Elle se mesure en Watts (W).
- Watt (W)
- Unité de mesure de la puissance. \(1 \text{ Watt}\) équivaut à \(1 \text{ Joule}\) par seconde (\(1 \text{ W} = 1 \text{ J/s}\)).
- Joule (J)
- Unité de mesure de l'énergie dans le Système International.
- Générateur (ou Dynamo)
- Appareil qui convertit une forme d'énergie (souvent mécanique, comme le mouvement de pédalage) en énergie électrique.
- Énergie Mécanique
- Énergie liée au mouvement (énergie cinétique) ou à la position (énergie potentielle) d'un objet.
- Énergie Électrique
- Énergie associée au courant électrique, due au déplacement des charges électriques.
- Conversion d'énergie
- Processus par lequel l'énergie passe d'une forme à une autre (par exemple, de l'énergie musculaire à l'énergie électrique, puis à l'énergie lumineuse).
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