Détecteur de fumées, photodiode, panneaux solaires : Bac Sti2d ( SPCL) métropole 09 / 2013

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Détecteur de fumées.

Dans le détecteur de fumée, quel est le composant émetteur de lumière, quel est le composant récepteur de lumière ?
L'émetteur de lumière est une diode LED ; le récepteur de lumière est une photodiode.
Quel est le rôle joué par la fumée ?
Lorsque des particules de fumées pénètrent à l'intérieur du détecteur, la lumière est réfléchie sur la surface des particules et éclaire la photodiode.

Quel est l'intérêt de la grille anti-insecte ?
Un insecte jouerait le même rôle qu'une particule de fumée et pourrait déclencher l'alarme.
Etude de la photodiode polarisée en inverse.

Quelle est la grandeur physique d'entrée de la photodiode ?
La grandeur physique d'entrée de la photodiode est l'éclairement lumineux reçu.
Quelle est la grandeur physique de sortie de la photodiode ?
La photodiode convertit la lumière en grandeur électrique.

La grandeur physique de sortie de la photodiode est une intensité électrique.
Compléter le schéma suivant.




Sensibilité de la photodiode en fonction de la longueur d'onde de la radiation.

A quel type d'ondes électromagnétiques la photodiode du détecteur est-elle le plus sensible ?
La sensibilité est maximale vers 900 nm, domaine du proche infrarouge.

Justifier que la photodiode est sensible à la lumière solaire.
Dans le spectre solaire, à 900 nm ( 0,9 µm) la luminance est encore très importante ; la photodiode est donc sensible à la lumière solaire.
En déduire quel est l'intérêt de la protection contre la lumière ambiante.
La chambre de détection doit être obscure à la lumière solaire, sinon la photodiode éclairée pourrait déclencher l'alarme.

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Etude de la diode infrarouge.
Pour réaliser ce dispositif on dispose de deux diodes électroluminescentes dont on donne les caractéristiques.
D1 : fréquence d'émission 330 THz ;
D2 : fréquence d'émission 250 THz ;T =téra = 1012.
  Donner la longueur d'onde de la lumière émise par chaque diode.
l1 = c / f = 3,00 108 / (330 1012) =9,1 10-7 m = 0,91 µ = 910 nm.
l2 = c / f = 3,00 108 / (250 1012) =1,2 10-6 m = 1,2 µ = 1200 nm.
Quelle est la diode la plus adaptée ?
La lumière émise doit avoir une longueur d'onde proche de 0,9 µm, pour laquelle la sensibilité du récepteur est maximale. D1 est la plus adaptée.
Etude d'un panneau solaire.
Quels sont les deux modes d'exploitation de l'énergie solaire dans un habitat.
Solaire thermique : production d'eau chaude sanitaire.
Solaire photovoltaïque : production d'électricité.

De quel type de panneau solaire doit-on équiper un camping-car ?
La production d'énergie électrique est prioritaire sur la production d'eau chaude.

Placer sur les axes du schéma suivant les valeurs de l'intensité de court-circuit et la tension en circuit ouvert.
 I court circuit = 4,8 A ; U circuit ouvert =19,1 V

Ecrire la relation entre puissance, tension et intensité en courant continu. Préciser les unités.

P =UI, P : puissance en watte, U : tension en volt , I : intensité en ampère.
Calculer la valeur de l'intensité du courant à la puissance crète.
On donne : puissance crète : 80 W ; tension à la puissance crète : U = 17,4 V. Ces données sont obtenues pour un éclairement énergétique de 1 kW m-2 à 25°C.
Dimensions de la partie vitrée : 1146 mm x 555 mm.
I = P / U = 80 / 17,4 =4,6 A




Ccompléter la chaine énergétique ci-dessous.

Le rendement du panneau est donné par la relation h = Pélectrique / Psolaire.
Montrer que la puissance solaire reçue par le panneau est de l'ordre de 640 W.
Dimensions de la partie vitrée : 1146 mm x 555 mm.
Aire de la partie vitrée : 1,146 * 0,555 =0,636 m2.
Puissance solaire reçue : 1*0,636 = 0,636 kW.

Calculer le rendement maximal de ce panneau solaire.
h = 80 /640 =0,125 ~0,13.


 



  

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