spc-ch-16-17

CH.16 FORMES ET CONSERVATION DE L’ENRERGIE
Energie d’un objet ponctuel
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L’énergie cinétique Ec d’un objet ponctuel de masse m est associée à sa vitesse v : elle est
donnée par la relation : Ec = ½.m.v² où m en kg, v en m.s-1 et Ec en Joule (J). Cette relation
peut s’appliquer à un solide en mvt de translation.
L’énergie potentielle de persanteur Epp d’un objet ponctuel de masse m ds le champ de
pesanteur uniforme est une grandeur associée à sa position par rapportà la Terre. En
choississant Epp = 0J à z= 0m, elle est donnée par la relation : Epp = m.g.z où m en kg, g est
l’intensité de pesanteur en N.kg-1, z l’altitude (m) et Epp en J.
Formes et modes de transfert d’énergie
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A tout sysytème, on peut associer une grandeur appelée énergie qui peut revêtir différentes
formes : mécanique (cinétique et potentielles), chimique, nucléaire, électrique, etc
L’énergie totale E d’un système est la somme de toutes ces formes d’énergie.
Les échanges d’énergie d’un système avec l’extérieur peuvent se faire selon trois modes :
transfert par forces extérieures, par rayonnement ou par transfert thermique.
Conservation ou non conservation de l’énergie mécanique
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L’énergie mécanique Em d’un système est la somme de des énergies cinétique et potentielle.
Dans le cas de la chute libre d’un solide, l’énergie cinétique et l’énergie potentielle
s’échangent l’une et l’autre de sorte que l’énergie mécanique Em soit conservée : Em = Epp +
Ec = constante
Sans apports d’énergie, l’énergie mécanique ne se conserve pas s’il y a des frottements mais
décroît sans cesse. Sous l’effet des frottements, l’énergie mécanique est dissipée par
transfert thermique.
Principe de conservation de l’énergie
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L’énergie est une grandeur qui ne peut être ni créée ni détruite.
Si le système n’échange pas d’énergie avec le milieu extérieur, son énergie reste constante :
E=constante
Si le système échang de l’énergie avec le milieu extérieur, l’augmentation ou la diminution de
l’énerge totale E du système est égale à l ‘néergie transférée entre le milieu extérieur et le
système.
CH.17 RESSOURCES ENERGETIQUES ET ENERGIE ELECTRIQUE
Ressources énergétiques
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Les ressources énergétiques renouvelables et non renouvelables sont distinguées par leurs
durées caractéristiques.
Ressources non renouvelables : durée d’exploitation<< durée de reconstitution
Ressources renouvelables : durée d’exploitation >> durée de reconstitution. Un cas
particulier : la durée d’exploitation de l’énergie solaire est quasi illimitée à notre échelle.
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Etude énergétique d’un générateur
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La tension UPN aux bornes d’un générateur de tension, traversé par un courant électrique
d’intensité I sortant par la borne P est égale à : UPN = E – r.I où UPN en V, I en A, E fem en V et
r, résistance interne en ohm (Ω)
L’énergie électrique fournie Ee par le générateur au reste du circuit pendant la durée Δt est :
Ee = UPN.I.Δt où Ee en J
La puissance électrique Pe du transfert d’énergie par le générateur au reste du circuit est :
Pe = UPN.I où Pe en Watt
Etude énergétique d’un récepteur
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L’énergie électrique reçue Ee par le récepteur pendant la durée Δt est : Ee = UAB.I.Δt
La puissance électrique du transfert d’énergie reçue par le récepteur pendant la durée Δ est t
Pe = UAB.I
Effet Joule et conducteur ohmique
Un conducteur ohmique dissipe, par transfert thermique et par rayonnement, toute l’énergie
électrique Ee qu’il reçoit. Ce phénomène s’appelle l’effet Joule. L’énergie dissipée par effet
Joule dans le conducteur ohmique pendant la durée Δt est : Ej = R.I².Δt ; La puissance liée à
l’effet Joule est : ΡJ = R.I²
Loi d’Ohm
La tension UAB aux bornes d’un conducteur ohmique de résistance R, traversé de A vers B par
un courant d’intensité I, est donnée par la loi d’Ohm : UAB = R.I où UAB en volt (V), R en ohm
(Ω), I en ampère (A).
Bilan des transferts d’énergie
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Schématisation d’une chaîne énergétique
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Ee = énergie électrique reçue par le moteur
Ed = énergie dissipée par effet Joule et par frottement
Em = énergie mécanique transférée par le moteur (qui est la part utile dans la conversation
d’énergie)
Rendement de conversion ή : ή = Eutile/Ereçue avec 0≤ ή < 1