Les formes d`énergie et le principe de conservation de l`énergie.

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Chapitre 9. Cours
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Les formes d'énergie et le principe de conservation de l’énergie.
I. Les diverses formes d'énergies.
1. Les énergies mécaniques.
Voir activités expérimentales sur l'évolution des énergies lors d'une chute.
Plus l'altitude d'un corps est importante et plus il a accumulé de l'énergie qu'il pourra potentiellement restituer
en redescendant.
Cette énergie, liée à l'altitude z (axe vertical vers le haut) du centre d'inertie, est appelée énergie potentielle de
pesanteur E pp (en J) et a pour expression :
Epp
m . g .z
-1
avec m la masse du corps (en kg), g l'intensité du champ de pesanteur (en N.kg ) (g ≈ 10 N/kg sur Terre) et z
l'altitude de son centre d'inertie (en m) en considérant que cette énergie est nulle pour une altitude nulle.
Plus la vitesse d'un corps est importante et plus il a accumulé de l'énergie.
Cette énergie, liée à la vitesse v du centre d'inertie, est appelée énergie cinétique (de translation) E c (en J) et a
pour expression :
1
m .v 2
2
-1
avec m la masse du corps (en kg) et v la vitesse de son centre d'inertie (en m.s ) généralement par rapport au
référentiel terrestre.
Il existe aussi une énergie cinétique de rotation (non étudiée cette année).
Ec
On appelle énergie mécanique E m (en J) du corps étudié la somme des deux énergies précédentes :
Em
Epp
Ec
2. Les autres formes d'énergies.
Voir activités sur documents sur l'énergie et les énergies.
Il existe essentiellement les formes d'énergie suivantes :
- l'énergie mécanique, liée à la vitesse v, à l'altitude z … ;
- l'énergie thermique, liée à la température T ou θ, c’est-à-dire à l'agitation microscopique (il s'agit donc d'une
énergie cinétique microscopique, due à des mouvements désordonnés) ;
- l'énergie chimique, liée à la quantité n de chaque espèce chimique, stockée dans les espèces chimique et qui
peut être libérée lors des réactions chimiques ;
- l'énergie de masse, liée à la masse totale m, qui peut être libérée lors des réactions nucléaires ;
- l'énergie rayonnante, transportée par la lumière, les ondes radio, les microondes … ;
- l'énergie électrique, transportée par les charges électriques en déplacement ordonné (électrons ou ions).
II. Principe de conservation de l'énergie.
1. Cas général.
Principe de conservation de l'énergie : l'énergie (totale) ne peut être ni crée ni détruite, elle ne peut qu'être
transférée d'un système à un autre et/ou convertie d'une forme à une autre.
L'énergie de l'Univers est donc constante. De même que celle d'un système parfaitement isolé.
2. Cas de l'énergie mécanique.
Lorsqu'un corps est en chute libre (la seule force est le poids) ou lorsqu'un corps glisse sans frottement sur un
support, l'énergie mécanique se conserve, c’est-à-dire est constante.
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Cependant, dans le cas général, l'énergie mécanique ne se conserve pas. Par exemple, lorsqu'il y a des
frottements, l'énergie mécanique est "dissipée" sous forme d'énergie thermique.
III. Problématiques liées à l'utilisation des ressources énergétiques.
1. Ressources renouvelables ou non.
voir livre p244-245.
On dit qu'une ressource énergétique est renouvelable lorsqu'elle ne s'épuise pas alors qu'elle est consommée
ou lorsque sa durée de formation est petite par rapport à sa vitesse de consommation.
C'est le cas de la biomasse (telle que le bois) tant que la consommation ne dépasse pas la production.
Le gaz naturel, le charbon, le pétrole et l'uranium sont donc des ressources énergétiques non renouvelables.
2. Transport et stockage de l'énergie électrique.
L'électricité étant due à un déplacement de charges électriques (sauf dans le cas de l'électricité statique), elle
n'est pas à proprement parler une énergie mais il s'agit d'un mode de transport de l'énergie.
Lors du transport de l'énergie électrique, des pertes d'énergie sous forme thermique sont constatées, à cause de
la résistance électrique des métaux. Ces pertes sont d'autant plus faibles que les métaux sont bons conducteurs
(utilisation de cuivre), sont de gros diamètre, sont de courte longueur et que l'intensité est faible (et donc que la
tension est élevée et/ou que la consommation est faible).
Le principal problème de l'énergie électrique est que, à un instant donné, la production ne correspond pas
toujours à la consommation (surtout avec les ressources éoliennes, solaires et nucléaires) et qu'elle ne peut pas
être stockée, mais doit être convertie en une autre forme d'énergie.