Enseignement Scientifique - Physique : Alternateur et Semi-conducteurs

Flashcards de vocabulaire fondées sur le cours d'enseignement scientifique en physique concernant le fonctionnement de l'alternateur, l'induction électromagnétique et les matériaux semi-conducteurs des capteurs photovoltaïques.

Induction électromagnétique

Phénomène physique observé en 1831 par Michael Faraday et théorisé au 19ème siècle par Maxwell, au cours duquel le mouvement relatif d'un aimant par rapport à un fil conducteur fermé (ou une bobine) crée une tension et un courant électrique.

Michael Faraday

Physicien anglais ayant observé en 1831 qu'un aimant en mouvement par rapport à un fil conducteur fermé induit un courant électrique à travers le fil.

Maxwell

Physicien ayant théorisé le phénomène d'induction électromagnétique au 19ème siècle.

Alternateur

Dispositif électrique constitué d'un aimant et d'une bobine en mouvement relatif l'un par rapport à l'autre, réalisant une conversion d'énergie mécanique en énergie électrique avec un rendement proche de 1.

Éléments constitutifs d'un alternateur

Les deux éléments principaux indispensables sont la bobine et l'aimant.

Frottements (dans un alternateur)

Facteur mécanique influençant négativement le rendement de l'alternateur en provoquant des pertes d'énergie sous forme d'énergie thermique.

Tension alternative

Tension électrique dont les valeurs positives et négatives se compensent au cours du temps.

Tension périodique

Tension dont le motif ou la courbe se répète régulièrement à intervalles de temps égaux.

Fréquence ($f$)

Grandeur mesurée en Hertz ($\text{Hz}$) définie par $f = \frac{1}{T}$, où $T$ représente la période exprimée en secondes ($\text{s}$).

Conversion d'énergie d'un alternateur

Conversion de l'énergie mécanique reçue en énergie électrique utile, accompagnée de pertes sous forme d'énergie thermique dues aux mouvements.

Rendement d'un alternateur ($η$)

Rapport défini par $η = \frac{E_{\text{utile}}}{E_{\text{reçue}}} = \frac{E_{\text{finale}}}{E_{\text{initiale}}} = \frac{E_{\text{lectrique}}}{E_{\text{mécanique}}}$, exprimable également avec les puissances ou en pourcentage ($\times 100$).

Rotor (d'un alternateur)

Partie rotative de l'alternateur dont la vitesse de rotation détermine directement la fréquence et l'intensité du courant électrique produit.

Capteur photovoltaïque

Dispositif composé d'un matériau semi-conducteur qui absorbe l'énergie radiative du soleil et la convertit en partie en énergie électrique.

Matériau semi-conducteur

Matériau possédant la propriété de pouvoir se comporter à la fois comme un conducteur et comme un isolant électrique.

Silicium

Semi-conducteur préférentiellement utilisé dans la fabrication des capteurs photovoltaïques car il présente le choix le plus judicieux et rentable, grâce à une grande abondance terrestre ($29\%$) et un bon rendement ($\approx 29\%$).

Gallium

Matériau semi-conducteur offrant un rendement élevé de $\approx 31\%$ mais très peu abondant dans la croûte terrestre ($1{,}9 \times 10^{-3}\%$).

Germanium

Matériau semi-conducteur qui absorbe mieux le rayonnement solaire mais présente un rendement d'environ $15\%$ et une très faible abondance terrestre ($1{,}5 \times 10^{-4}\%$).

Spectre solaire d'absorption

Domaine de longueurs d'onde du soleil particulièrement intense entre $400\,\text{nm}$ et $1000\,\text{nm}$, nécessitant des semi-conducteurs à large spectre d'absorption.

Effet de la température sur un panneau photovoltaïque

Un faible ensoleillement est compensé par de faibles températures : un panneau photovoltaïque fonctionne mieux lorsqu'il fait froid.