Comment produire de l'électricité

Mes premiers pas en Électronique

La section Qu'est-ce que l'électricité ? explique pourquoi une boucle fermée est nécessaire pour faire circuler le courant dans un circuit, et la section Faire bouger les choses avec l'électricité et les aimants vous montre comment construire votre propre électroaimant et moteur.

Les projets de ces sections utilisaient l'électricité d'une batterie, mais dans cette section, vous fabriquerez vos propres sources d'électricité !

Plus précisément, vous apprendrez à construire votre propre générateur, qui produit de l'électricité par le mouvement, et votre propre batterie, qui produit de l'électricité par des réactions chimiques.

Ce sont deux des moyens les plus courants d'obtenir de l'électricité.

Produire de l'électricité avec des aimants

Lorsque vous faites circuler un courant dans un fil, cela crée un champ magnétique autour du fil. Mais il existe un autre lien entre l'électricité et le magnétisme. Vous pouvez également créer de l'électricité en utilisant un fil et un aimant !

Un champ magnétique variable crée de l'électricité

Si vous déplacez un aimant d'avant en arrière sur un fil connecté en boucle fermée, vous créez un courant dans le fil.

Le déplacement de l'aimant modifie le champ magnétique autour du fil, et ce champ magnétique variable pousse les électrons à travers le fil.

Si vous arrêtez de déplacer l’aimant, le courant s’arrête également, même si le fil est toujours dans le champ magnétique, car le champ magnétique ne change plus.

Si vous connectez les deux extrémités du fil à une ampoule et créez une boucle fermée, le courant peut circuler.

Malheureusement, le courant créé par le déplacement d'un aimant sur un seul fil ne fournit pas suffisamment d'énergie assez rapidement pour allumer l'ampoule.

Pour allumer une ampoule, ou pour alimenter quoi que ce soit d'autre, il faut trouver un moyen de générer davantage d'énergie, c'est-à-dire la quantité d'énergie produite en un temps donné.

Comment fonctionne un générateur ?

Un générateur est un dispositif qui transforme le mouvement, comme celui d'un aimant sur un fil, en électricité.

Pour produire plus d'énergie avec un fil et un aimant, vous pouvez enrouler ce fil en une bobine.

Le fil enroulé agit comme un groupe de fils : lorsqu'il est traversé par un champ magnétique, un courant traverse chaque bobine, créant ainsi plus d'énergie qu'avec un fil droit.

Production d'électricité à partir de l'eau ou du vent

Si vous placez une bobine dans un champ magnétique et la faites tourner à l'aide d'une manivelle, vous convertissez votre propre mouvement en électricité.

Comme une dynamo manuel (On peut en acheter une chez plusieurs vendeurs dont Amazon)

Si vous remplacez la manivelle par une roue hydraulique et la placez dans un courant d'eau, l'eau poussera la roue, ce qui entraînera la bobine dans le champ magnétique et créera un courant.

C'est ainsi que certaines centrales électriques produisent de l'électricité !

La centrale laisse simplement l'eau circuler dans une roue reliée à un générateur. Cette électricité est ensuite transférée, par des lignes électriques, aux prises électriques des habitations.

On peut produire de l'électricité à partir d'autres forces naturelles de la même manière.

Par exemple, pour créer de l'électricité à partir du vent, on peut connecter la bobine à une éolienne de sorte que, lorsque le vent souffle, elle tourne.

Découvrez le multimètre

Un simple multimètre permet de mesurer précisément la quantité d'énergie produite par un simple générateur.

Les multimètres sont pratiques pour la construction de circuits, car ils permettent de mesurer de nombreuses valeurs différentes, notamment la résistance, le courant et la tension.

Le fil rouge est le fil positif, le fil noir le fil négatif, et le grand cadran central indique au multimètre la tension à mesurer.

Si vous rencontrez des problèmes avec un circuit, mesurer la tension à des points clés est un moyen pratique de déterminer la source du problème.

Comment mesurer la tension

Pour mesurer la tension avec un multimètre, placez d'abord le cadran sur l'une des options V.

Dans cette section, je vous indiquerai le réglage à choisir, mais pour vos propres projets, choisissez-en un dont le chiffre est supérieur à la tension maximale attendue dans votre circuit.

Ensuite, en bas du multimètre, connectez le fil noir à la prise COM et le fil rouge à la prise V ou V-Ω (connecteur Rouge).

Enfin, placez un fil de chaque côté de la pièce dont vous souhaitez mesurer la tension.

Note: Une pile est une source de courant continu c.c. (Direct Courent en anglais DC)

Dans cet exemple, le multimètre mesure la tension entre les bornes positive et négative d'une pile de 9 V.

Remarque : mon cadran est réglé sur 20V, dans la plage affichant un V avec un symbole de ligne droite. Mais il y a un autre V sur le multimètre, accompagné d'une ligne ondulée. Voyons la signification de ces symboles.

Que sont le courant alternatif et le courant continu ?

Le réglage de votre multimètre varie selon que vous souhaitez mesurer la tension d'une pile ou d'un générateur. Une pile a un pôle positif et un pôle négatif, mais pas un générateur !

Un générateur possède deux fils qui alternent entre le positif et le négatif.

En effet, lorsqu'un côté de l'aimant passe devant la bobine, le courant circule dans la bobine dans un sens, et lorsque l'autre côté de l'aimant passe devant la bobine, le courant circule dans l'autre sens.

Lorsque le sens du courant change ainsi, on parle de courant alternatif (CA) (alternating current (AC) en anglais); lorsqu'il reste constant, on parle de courant continu (CC) (direct current (DC) en anglais).

Habituellement, vous trouverez ces symboles sur votre multimètre pour indiquer les plages de mesure AC et DC :

Pour obtenir une mesure correcte, vous devez régler le multimètre sur le courant alternatif ou continu. Par exemple, les batteries ont une tension continue.

AVERTISSEMENT

Pour l'instant n'utilisez pas l'ampèremètre Symbole A

car pour mesuré l'ampérage il faut un montage spécial. Sinon vous risqué d'endommager votre multimètre.

Vous ne devez jamais placer une source de tension sur un ohmmètre symbole Ω, car cela peut endommager l'appareil et provoquer des blessures.

Note:

On peut acheter des fils pour multimètre avec des adapteurs différents

Projet n° 5 : Fabriquer un générateur de vibrations

Munissez-vous de votre multimètre !

Ce projet vous montrera comment fabriquer un générateur et mesurer sa tension. Une méthode simple et rapide pour créer un générateur consiste à déplacer manuellement un aimant d'avant en arrière à l'intérieur d'une bobine.

Dans ce projet, vous placerez un aimant dans un tube et enroulerez une bobine autour de celui-ci. En secouant le tube, l'aimant devrait se déplacer d'avant en arrière à l'intérieur de la bobine et créer une tension.

Liste de courses (Voir Fournitures utiles)

Fil isolé à âme pleine, environ 2,7 m. Un fil de raccordement standard convient parfaitement.

Un petit tube en plastique.

Cinq disques magnétiques empilés pour former une tige magnétique.

Deux pinces crocodiles pour connecter le multimètre à la bobine.

Outils

Un multimètre pour mesurer la tension de votre générateur.

Ce multimètre doit pouvoir mesurer des tensions alternatives très faibles, jusqu'à 0,01 V ou moins. Les multimètres Jameco n° 2206061, Bitsbox n° TL057 ou Rapid Electronics n° 55-6662 sont adaptés.

Ces multimètres sont un peu plus chers que les modèles les moins chers, mais ils vous serviront pendant de nombreuses années.

Étape 1 : Préparez votre tube

Trouvez un tube suffisamment grand pour permettre aux aimants de glisser facilement.

Étape 2 : Enroulez votre bobine

Enroulez environ 50 tours de fil autour du milieu de votre tube.

Après l'enroulement, faites un nœud simple aux deux extrémités pour maintenir la bobine. Dénudez ensuite l'isolant des deux extrémités du fil, comme illustré.

Étape 3 : Connexion du multimètre

Connectez le multimètre aux deux extrémités de la bobine à l'aide de pinces crocodiles et réglez-le sur la mesure du courant alternatif (AC). Choisissez la tension alternative la plus basse disponible.

Étape 4 : Secouez ce truc !

Ensuite, placez les aimants à l'intérieur du tube. Ils doivent s'insérer sans se détacher.

Tenez le tube et les fils du multimètre en main, placez un doigt de chaque côté du tube pour éviter que les aimants ne tombent.

Puis, secouez-le comme si vous le vouliez vraiment !

Observez la valeur de tension sur le multimètre.

Quelle tension obtenez-vous ?

Mon générateur ne me fournit que 0,02 V, ce qui le rend peu puissant.

Étape 5 : Que faire en cas d’absence de tension ?

Si vous ne parvenez pas à mesurer la tension de votre générateur, vérifiez d’abord que les fils de votre multimètre sont bien connectés aux fils de la bobine.

Si vous ne constatez toujours pas de tension supérieure à 0 V, assurez-vous que votre multimètre est réglé pour mesurer les très basses tensions ; mon sélecteur était réglé sur 2 V CA.

Ce générateur simple ne produira pas de tension élevée.

Si le multimètre n’est pas réglé au minimum, il affichera 0 V en permanence. Notez que tous les multimètres ne sont pas capables de mesurer des tensions aussi basses.

Ce générateur n’est pas très puissant pour le moment. Comment l’augmenter ?

Essayez d’augmenter la tension du générateur en le secouant plus vite, en ajoutant des boucles de fil à la bobine ou en utilisant un aimant plus puissant.

REMARQUE :

Un fil de raccordement standard est un peu encombrant ; même 50 tours prennent beaucoup de place !

Pour obtenir beaucoup plus de tours, essayez d’utiliser du fil magnétique. C’est un fil très fin recouvert d’une fine couche isolante.

Essayez :

Utiliser un moteur comme générateur

Un moteur possède déjà un aimant et une bobine de fil qui peut tourner dans le champ magnétique de l'aimant. En faisant tourner le rotor à la main, vous pouvez générer une tension sur les fils du moteur.

Essayez de trouver un vieux moteur provenant d'un ventilateur d'ordinateur ou d'une petite voiture radiocommandée avec laquelle vous ne voulez plus jouer.

Ensuite, réglez votre multimètre sur une plage de tension continue basse, par exemple 2 V CC. Connectez les fils du multimètre aux fils du moteur, comme pour le générateur de vibrations, et faites tourner le rotor avec vos doigts.

Certains moteurs possèdent des circuits internes qui les contrôlent, et ces circuits peuvent empêcher l'électricité produite à l'intérieur du moteur de sortir vers les fils.

Mais si vous avez de la chance et que vous trouvez un moteur qui n'en possède pas, vous devriez voir une valeur sur le multimètre.

Si vous ne voyez rien en courant continu, essayez une plage de tension alternative basse sur votre multimètre.

Comment fonctionnent les piles ?

Je vous ai montré comment produire de l'électricité manuellement, mais cela n'explique pas comment vous avez alimenté des circuits jusqu'ici dans cette section.

Vous avez utilisé des piles, et dans cette section, nous allons voir comment elles produisent de l'électricité.

Qu'y a-t-il à l'intérieur d'une pile ?

Pour fabriquer une pile, il faut trois éléments :

Une électrode positive

Une électrode négative

Un électrolyte

Une électrode est un fil utilisé pour entrer en contact avec un matériau non métallique, comme l'intérieur d'une batterie.

Un électrolyte est une substance capable de libérer ou de gagner des électrons.

Voici comment ces trois éléments s'intègrent dans une batterie classique au carbonne:

Vous pouvez fabriquer votre propre batterie en utilisant un simple clou comme électrode et un fil de cuivre comme électrode secondaire.

Plongez les deux dans un citron : le jus de citron deviendra votre électrolyte.