Cours : Energie et puissance Compétences attendues Notions et contenus Ressources énergétiques. Donner des ordres de grandeurs des puissances mises en jeu dans différents domaines. Citer les différentes sources d'énergie et préciser si elles sont renouvelables. Exploiter des données relatives à des ressources énergétiques. Relation entre puissance et énergie. Exprimer la relation entre puissance et énergie, l'utiliser dans différents contextes. Principe de conservation de l'énergie. Exprimer le principe de conservation de l'énergie, l'appliquer dans différents contextes. Bilan énergétique. Rendement. Représenter la chaîne d'énergie de différents systèmes. Déterminer le rendement d'une transformation énergétique. Les problématiques principales de notre société moderne sont les besoins croissants et la durabilité des ressources énergétiques. Cela induit inévitablement des soucis écologiques et une nouvelle gestion de ces ressources. Nous définirons dans ce cours, la notion d’énergie et de puissance. Nous verrons les différentes formes d’énergie et leur mode de transformation. A ce titre, nous introduirons la notion de chaîne énergétique. I. Energie et puissance 1. Définition de l’énergie Le mot énergie vient du grec, des mots en (qui veut dire intérieur) et ergon (qui veut dire travail). L’énergie est identique à un travail : une capacité d’agir (créer un mouvement). 2. Définition de la puissance Une puissance est ce qu’un système peut fournir ou recevoir en une seconde. La puissance est exprimée en Watts (W). 3. Rappel sur les unités et les conversions symbole préfixe valeur M Terra giga méga kilo 106 hecto déca x déci centi milli micro nano 103 4. Unités de l’énergie Les résultats des calculs, à moins d’une spécification contraire seront donnés dans l’unité légale : le Joule (J). Il existe d’autres unités : les calories, le kilowatt-heures, tonnes équivalent pétrole (tép), … 1 II. Relation entre l’énergie et la puissance 1. Exemple Une maison comporte 8 lampes de 60 W, 4 lampes de 25 W et 5 lampes de 20 W. Quelle est la puissance totale consommée par ces lampes en Watts puis en kilowatts ? 680 W ou 0,680 kW Quelle est l’énergie électrique consommée en Wh puis en kWh si toutes les lampes fonctionnent pendant une heure ? 0,680 Wh ou 0,680 kWh 2. Relation entre l’énergie et la puissance E = P. t E : énergie en kWh P : puissance en kW t : durée de fonctionnement en heures (h) 3. Exemples Une perceuse électrique de 1 kW demande 1000 J en 1 seconde, 2000 J en 2 s, 60 kJ en 1 min et 3,6 MJ en 1 heure. III. Conservation de l’énergie Etudions le cas d’une lampe à filament. Cette lampe éclaire car l’énergie électrique traversant le filament fait chauffer celui-ci. En chauffant, elle produit de la lumière. Energie électrique ( Eélec ) Energie lumineuse ( Elum ) Lampe Energie perdue ( Ep ) Le principe de la conservation de l'énergie précise que " rien ne se perd, rien ne se crée, mais tout se transforme ». On peut donc en déduire la relation mathématique suivante : Eélec = Elum + Ep On définit le rendement pour un système comme le rapport de l’énergie en sortie sur l’énergie à l’entrée. Le rendement est donc un rapport de puissance : Elum Eélec rendement en pourcentage (%) Elum : énergie lumineuse en Joules (J). Eélec : énergie électrique en Joules (J). 2 IV. Ressources énergétiques Exemples de puissances d’appareils domestiques : Diode électroluminescente (LED ou DEL) de veilleuse : 40 mW Téléphone portable : 2 à 5 W TV en veille : 3 à 20 W Lampe LED : 9 à 25 W Ordinateur en fonctionnement : 70 à 200 W Spot de jardin : 100 à 150 W Réfrigérateur : 150 à 200 W Four à micro-onde : 700 à 900 W Perceuse électrique : 500 à 1000 W Sèche-cheveux : 2 kW Climatiseur : 4 kW Cuisinière à gaz : 8 kW Poêle à bois : 14 kW Chaudière à gaz : 25 kW Exemples de puissances hors domestiques : Centrale nucléaire : 1300 MW à 1450 MW Centrale hydraulique : 500 kW à 10 MW Eolienne : 0,1 à 7,5 MW Panneau solaire : 300 W http://physiquecollege.free.fr/physique_chimie_college_lycee/troisieme/exercices/electricite/p uissance_electrique.htm 3
