3eme partie: L’ENERGIE ET SES CONVERSIONS

Chap I: ENERGIE CINETIQUE – CONSERSION DE L’ENERGIE

1) Energie cinétique

Un objet en mouvement possède de l’énergie appelée énergie cinétique. Elle se mesure en Joule (J). L’énergie cinétique E_c augmente lorsque la masse m et la vitesse v de l’objet augmentent.

On montre que si la masse est multipliée par 2, l’énergie cinétique est multipliée par 2 (c’est proportionnel) ; par contre si la vitesse est multipliée par 2, l’énergie cinétique est multipliée par 4.

La relation mathématique s’écrit :

Remarque : pour convertir des km/h en m/s, on divise la vitesse par 3,6 ; pour convertir des m/s en km/h, on multiplie la vitesse par 3,6 

2) La conversion de l’énergie

L’énergie peut exister sous différentes formes  [cinétique (voiture en mouvement) , thermique (le feu), électrique (la foudre), chimique (les aliments), lumineuse (un flash), nucléaire (uranium), potentielle de position ]. La forme d’une énergie peut être identifiée par sa manifestation (déplacement d’un objet…). L’énergie peut se convertir d’une forme en une autre.

Energie potentielle de position – Energie cinétique :

Le poids d’un objet est responsable du mouvement de chute de l’objet vers le sol.

Du fait de sa position par rapport au sol et sous l’action de son poids, il est capable de chuter. On dit qu’il possède une énergie potentielle de position. Au cours de sa chute, l’objet acquiert de la vitesse : on dit qu’il acquiert une énergie de mouvement appelée énergie cinétique.

Au cours de la chute de l’objet, l’énergie de position diminue tandis que l’énergie cinétique augmente : l’énergie de position est convertie en énergie cinétique.

Activité expérimentale :

chute d’eau sur une turbine

Energie chimique - énergie électrique :

Quand une pile fonctionne, une partie de l’énergie chimique des réactifs est transférée au circuit électrique dans lequel elle est placée sous forme d’énergie électrique.

Activité expérimentale :

fabrication d’une pile, mesure de la tension entre lames de cuivre et de zinc

Energie cinétique – Energie électrique :

Lorsqu’on déplace un aimant au voisinage d’une bobine (ou une bobine au voisinage d’un aimant), il existe une tension aux bornes de la bobine. Le dispositif constitué d’une bobine en mouvement au voisinage d’un aimant s’appelle un alternateur. Celui-ci convertit l’énergie cinétique en énergie électrique.

Activité expérimentale :

production d’une tension à l’aide d’un aimant et d’une bobine

C’est l’eau en mouvement, ou le vent qui fournit l’énergie cinétique à la turbine d’une centrale hydraulique ou d’une éolienne. L’eau et le vent sont des sources d’énergie renouvelables.

Dans une centrale thermique, l’énergie thermique fournie par les combustibles produit la vaporisation de l’eau. La vapeur d’eau en mouvement fournit de l’énergie cinétique à la turbine. Les combustibles sont des sources d’énergie épuisables, fossiles.

3) Diagramme d’énergie :

On peut traduire la conversion d’énergie par un diagramme d’énergie.

4) Energie et puissance

La puissance est la quantité d’énergie convertie ou transférée par unité de temps. Elle correspond à un débit d’énergie. C’est l’aptitude d’un objet (moteur, lampe…) à convertir l’énergie rapidement. L’unité est le Watt (W).

On utilise aussi le kilowattheure (kWh) si la puissance est en kilowatt (kW) et le temps en heures (h).