ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE


3
Comment évaluer le rendement énergétique d’un dispositif ?






Doc. 4
Quelques grandeurs et unités utiles

  • Énergie potentielle de pesanteur à une altitude zz :
    Epp=mgzE_{\mathrm{pp}}=m \cdot g \cdot z avec mm en kg, zz en m, EppE_{\mathrm{pp}} en J et g=g = 9,8 N·kg‑1 ;
  • Énergie de transfert électrique : Eeˊlec=UIΔtE_{\mathrm{élec}}=U \cdot I \cdot \Delta t avec UU en V, II en A, Δt\Delta t en s et EeˊlecE_{\mathrm{élec}} en J ;
  • Rendement : η=EppEeˊlec.\eta=\dfrac{E_{\mathrm{pp}}}{E_{\mathrm{élec}}}.

Doc. 2
Matériel nécessaire

  • Générateur de tension continue adapté au monte-charge ;
  • Moteur monte-charge avec réducteur (environ 400 tours/minute) et interrupteur marche/arrêt ;
  • Potence, ficelle et crochet ;
  • Plusieurs masses à suspendre de 100 g ;
  • Voltmètre, ampèremètre ;
  • Chronomètre ;
  • Mètre mesureur.

Par intuition

Le rendement d’un dispositif de levage dépend-il de la charge soulevée ?

Questions

Voir les réponses
1. Exprimer le rendement expérimental du dispositif en fonction de mm, UU, II, gg, zz et de la durée Δt\Delta t de levage.


2. Proposer un protocole permettant de déterminer la valeur expérimentale du rendement.


3. Émettre et vérifier des hypothèses sur l’influence de différents facteurs sur le rendement du moteur.

Doc. 1
Aide au protocole expérimental

L’expérience consiste à déterminer le rendement d’un dispositif de levage. Partant en position basse, la mise en action du moteur va permettre de soulever une charge de masse mm, d’une hauteur hh pendant la durée Δt.\Delta t.

L’expérimentateur doit :
  • apporter un soin particulier pour mesurer la durée Δt\Delta t du levage ;
  • réaliser plusieurs expériences successives afin de valider les résultats expérimentaux ;
  • faire varier au moins deux paramètres expérimentaux afin d’étudier leur influence sur la valeur du rendement ;
  • veiller à ce que l’intensité du courant et la tension aux bornes du moteur soient constantes au cours de la montée.

Doc. 3
Le treuil

Le moteur monte-charge ci-dessous possède un réducteur, qui permet de réduire la vitesse de rotation du moteur. La masse est ainsi soulevée lentement.

Treuil d'un hélicoptère

Compétence

VAL : Modéliser numériquement un ensemble de mesures


Synthèse de l'activité

Voir les réponses
La charge soulevée a-t-elle une influence sur le rendement énergétique du dispositif ?

Certains véhicules de secours sont équipés d’un treuil permettant de tirer ou soulever une charge lourde.

➜ Comment calculer le rendement énergétique d’un tel dispositif ?

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