Physique-Chimie 3e
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Dossier Brevet
Thème 1 : Organisation et transformations de la matière
Ch. 1
De l'Univers aux atomes
Ch. 2
Les ions dans notre quotidien
Ch. 3
Quand les acides et les bases réagissent
Ch. 4
La masse volumique
Thème 2 : Mouvement et interactions
Ch. 5
Vitesse et mouvement
Ch. 6
Les forces
Ch. 7
Le poids
Thème 3 : L'énergie et ses conversions
Ch. 8
La conservation de l'énergie
Ch. 9
Résistance et loi d'Ohm
Ch. 10
Puissance et énergie en électricité
Thème 4 : Des signaux pour observer et communiquer
Ch. 11
Des signaux au-delà de la perception humaine
Dossier Brevet
Sujet 6 - Sujet guidé

Vers l'avion du futur : Solar Impulse 2

Introduction
Solar Impulse est un projet d'avion solaire entrepris par les Suisses Bertrand Piccard et André Borschberg. Il vise à faire voler, sans carburant ni émission pulluante pendant le vol, un avion monoplace à moteurs électriques alimentés par l'énergie solaire pour effectuer un tour du monde.

Partie 1
Vers l'avion du futur : Solar Impulse 2

Doc. 1
Schéma d'un circuit de charge de batterie équivalent à celui de Solar Impulse 2.

Schéma d'un circuit de charge de batterie équivalent à celui de Solar Impulse 2.
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Doc. 2
Solar Impulse 2.

Solar Impulse 2.
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Aide à la résolution

1. Une chaine énergétique représente les transferts d'énergie. Quelle est l'énergie fournie aux cellules photovoltaïques ? Quelles sont les énergies restituées ? N'oublie pas l'effet Joule !
2. Pour savoir comment sont branchés les dipôles, il faut regarder le nombre de boucle(s). S'il n'y en a qu'une, les dipôles sont associés en série ; s'il y en a plusieurs, les dipôles sont associés en dérivation.
3. Quelles sont les lois de l'électricité dans ce type de circuit ?
Questions
Pour faire fonctionner les quatre moteurs électriques, il faut emmagasiner de l'énergie à l'aide de panneaux solaires qui rechargent les batteries. Solar Impulse 2 possède en tout 17 248 photodiodes, également appelées des cellules photovoltaïques !

1. Fais une chaine énergétique montrant la conversion d'énergie effectuée par les panneaux solaires de l'avion.

2. Comment sont branchées les photodiodes dans le montage ?

3. Quelle est la tension délivrée par chaque photodiode ?

4. Quelle est l'intensité du courant électrique les traversant ?

Partie 2
Le circuit de propulsion

Doc. 3
Un des moteurs à hélice de Solar Impulse 2.

Un des moteurs à hélice de Solar Impulse 2.
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Doc. 4
Schéma du circuit de propulsion électrique.

Schéma du circuit de propulsion électrique.
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Aide à la résolution

1. Les montages des Doc. 1 et Doc. 4 sont différents.
2. Quelles sont les lois d'électricité dans ce type de circuit ?
Questions
Une fois chargée par les capteurs solaires, chaque batterie peut enfin délivrer le courant électrique alimentant les quatre moteurs électriques identiques à hélice de Solar Impulse 2.

1. Comment sont branchés les moteurs dans le montage ?

2. Quelle est la tension électrique aux bornes de chaque moteur ?

3. Quelle est l'intensité du courant électrique les traversant ?

Partie 3
Énergie consommée lors d'une étape du tour du monde

Doc. 5
Itinéraire du tour du monde de Solar Impulse 2.

<Itinéraire du tour du monde de Solar Impulse 2.
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Doc. 6
Conversion ch-W.

Chacun des 4 moteurs de Solar Impulse 2 a une puissance de 17,5 chevaux (ch). 1 ch = 736 W

Aide à la résolution

1. Fais bien attention aux unités dans cette partie.
2. La puissance totale est égale à la somme des puissances des moteurs.
3. Quelle est la relation entre l'énergie E, la puissance P et la durée de fonctionnement ?
Questions
Le 29 mars 2015, lors de son tour du monde, Solar Impulse 2 a parcouru le trajet entre Mandalay en Birmanie (VYMD) et Chongqing en Chine (ZUCK), soit 1 450 km en 20 h 30 min.

1. Calcule la vitesse moyenne de l'avion sur ce trajet.

2. Calcule la puissance totale des moteurs de Solar Impulse 2 en kW.

3. En supposant que les moteurs aient tourné à plein régime sur tout le parcours, calcule l'énergie électrique consommée en kW/h.

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