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Thème 1 : l'énergieL'énergie et ses enjeux
Ch1 L'énergie et ses enjeux
I_ Qu'est ce que l'énergie ?
1°) Définition
C'est une grandeur qui varie lors des transformations physiques et chimiques de la matière. Cette grandeur se mesure en joule (J).2°) Formes d'énergie
Il existe plusieurs formes d'énergie suivant la nature des transformations de la matière :Forme d'énergieTransformations mise en jeu
Mécanique (cinétique, potentielle)Mouvement des objets (vitesse, position)ElectriqueMouvement de charges électriques
(courants électrique)LumineuseRayonnement (visible, UV, IR, radio,
gamma...)ChimiqueRéactions chimiques (combustion,
oxydation...) ThermiqueÉchange de " chaleur » entre les objetsNucléaireTransformation du noyau des atomes
(fission, fusion, radioactivité)3°) Ordre de grandeur d'énergie
Une pomme de 100 g à 1 m au-dessus du sol possède une énergie potentielle EP = mgh = 0,1x10x1 = 1,0 J. Energie cinétique d'une voiture de 1000 kg à une vitesse de 50 km.h-1 : EC = 1 2mv2=0,5x1000x(50.103/3600)2 = 105 J = 100 000 J.
4°) Energies renouvelables ou non
Une forme d'énergie est dite renouvelable si elle peut être exploité de façon illimitée à
l'échelle de la vie humaine. Dans le cas contraire, la forme d'énergie est non renouvelable (diminution du stock à l'échelle de la vie humaine).Energies renouvelablesEnergies non renouvelables
SolaireCharbon
EoliennePétrole
BiomasseGaz naturel
GéothermieUranium
Plutonium (sa quantité augmente avec l'utilisation d'uranium dans les centrales)II_ Les conversions de l'énergie
1°) Une grandeur qui change de forme
L'énergie est une grandeur qui ne peut être ni créée ni détruite. Elle ne peut que se convertir d'une forme en une autre lors d'une transformation physique ou chimique d'un système.2°) Convertisseur d'énergie
C'est un système qui va transformer une forme d'énergie en une autre. ConvertisseurForme d'énergie reçueForme d'énergie cédéeMoteur thermiquechimiqueMécanique
Moteur électriqueélectriquemécanique
Alternateurmécaniqueélectrique
Cellule photovoltaïquerayonnementélectrique
Réacteur nucléairenucléairethermique
Batterie ou pilechimiqueélectrique
3°) Chaîne énergétique
Elle schématise la transformation de l'énergie d'une forme en une autre par un convertisseur.4°) Rendement énergétique d'un convertisseur
L'énergie reçue par le convertisseur est rarement convertie en totalité en énergie utile.
L'énergie non convertie (dite perdue) est cédée au milieu extérieur sous forme thermique.
On définit le rendement r d'une conversion par : r=EutileEreçue
X100 100
Exemples de rendement énergétique :
ConvertisseurRendement
Moteur thermique35%
Moteur électrique80%
Cellule photovoltaïque25%ConvertisseurEnergie absorbéeEnergie " utile »Energie " perdue »
(cédée au milieu extérieur)III_ Puissance et énergie
1°) Puissance moyenne
Lorsqu'un système échange une énergie ΔE constante pendant une durée Δt, la puissance moyenne P échangée par le système est donnée par :P = ΔE/Δt
Avec P en watt (W) si ΔE est en joule et Δt en seconde.Exemple :
Un moteur reçoit une énergie E = 100 J pendant une durée Δt = 10 s. La puissance reçue
par le moteur est P = ΔE/Δt = 100/10 = 10 W.2°) Puissance instantanée
Lorsque l'énergie échangée ΔE n'est pas constante pendant la durée Δt, on définit la
puissance instantané p(t) par : p(t) = dE(t)/dtavec dE(t) l'énergie échangée pendant la durée dt (petite devant Δt) pendant laquelle dE(t)
est constante. La puissance instantanée p(t) se confond avec la puissance moyenne sur une durée très courte.Mathématiquement, la puissance instantané p(t) se lit comme étant la dérivée de E(t) par
rapport au temps.