- enseignement Catholique

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HPT
FSC
UAA20
Fiche technique
Calculer des énergies
L’énergie cinétique (voir UAA15)
L’énergie cinétique dont dispose un objet est lié à sa masse et sa vitesse selon la loi :
𝐸𝑐𝑖𝑛é𝑡𝑖𝑞𝑢𝑒 =
𝑚.𝑣 2
2
où :
Grandeur
Description
Unité du Système International
𝐸𝑐𝑖𝑛é𝑡𝑖𝑞𝑢𝑒
Energie cinétique dont dispose l’objet.
1 joule
𝑚
Masse de l’objet.
1 kilogramme
𝑣
Vitesse de l’objet (mesurée par rapport à un
système de référence réputé au repos).
1 m/s (3,6 km/h = 1 m/s)
Remarquons que l’énergie cinétique dépend du système de référence par rapport auquel on mesure la
vitesse de l’objet. Généralement, on suppose qu’il s’agit de la Terre.
L’énergie potentielle gravifique (voir UAA15)
L’énergie potentielle gravifique dont dispose un objet est lié à sa masse et sa hauteur selon la loi :
𝐸𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑡𝑒𝑙𝑙𝑒 = 𝑚. 𝑔. ℎ où :
Grandeur
Description
Unité du Système International
𝐸𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑡𝑖𝑒𝑙𝑙𝑒
Energie potentielle gravifique dont dispose
l’objet.
1 joule
𝑚
Masse de l’objet.
1 kilogramme
𝑔
Facteur gravifique local
accélération gravifique).
ℎ
Hauteur de l’objet (mesurée par rapport à un
système de référence réputé à hauteur
nulle).
(aussi
appelé
1 N/kg (= 1 m/s²)
1m
Remarquons que l’énergie potentielle dépend du système de référence par rapport auquel on mesure
la hauteur de l’objet. Généralement, on suppose qu’il s’agit du niveau le plus bas qu’il peut atteindre au
cours de son mouvement (par exemple le sol).
PHY FT17 161230
1
L’énergie électrique (voir UAA5)
Un générateur est un composant de circuit électrique où une énergie initiale est transformée en énergie
électrique, tandis qu’un récepteur est un élément de circuit électrique où une énergie électrique est
transformée en énergie finale.
Dans les deux cas, la quantité d’énergie électrique transformée est liée à la tension, au courant, et à la
durée selon la loi :
𝐸é𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑖𝑞𝑢𝑒 = 𝑈. 𝐼. 𝑡 où :
Grandeur
Description
Unité du Système International
𝐸é𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑖𝑞𝑢𝑒
Energie électrique produite dans le générateur ou
absorbée dans le récepteur.
1 joule
𝑈
Tension aux bornes du générateur ou du
récepteur. Se mesure à l’aide d’un voltmètre
raccordé en parallèle avec le composant.
1 volt
𝐼
Intensité du courant circulant dans le générateur ou
le récepteur. Se mesure à l’aide d’un ampèremètre
raccordé en série avec le composant.
1 ampère
𝑡
Durée de fonctionnement.
1s
(Une unité usuelle de l’énergie
électrique est le kwh : 1 kWh =
3.600.000 J = 3,6.106 J)
Notons que l’énergie électrique transformée peut aussi directement se mesurer à l’aide d’un énergimètre
(ou aussi wattmètre ou indicateur de consommation).
Si on connait la puissance de fonctionnement du composant, on peut également déterminer la quantité
d’énergie qu’il transforme en multipliant cette puissance par la durée. Dans tous les cas, il faut être
attentif à l’homogénéité des unités.
L’énergie thermique
Tant qu’une substance ne change pas d’état, sa température augmente quand elle reçoit de l’énergie
thermique (on dit qu’on la chauffe), et sa température diminue quand elle perd de l’énergie thermique
(on dit qu’elle refroidit).
La variation de la quantité d’énergie thermique dont dispose un objet est liée à la variation de sa
température selon la loi :
∆𝐸𝑡ℎ𝑒𝑟𝑚𝑖𝑞𝑢𝑒 = 𝑐. 𝑚. ∆𝜃 où :
Grandeur
Description
Unité du Système International
∆𝐸𝑡ℎ𝑒𝑟𝑚𝑖𝑞𝑢𝑒
Variation de la quantité d’énergie thermique dont
dispose l’objet (parfois aussi appelée chaleur).
1 joule
∆𝜃
Variation de la température de l’objet.
1 kelvin (1 K), correspond à 1° C
𝑚
Masse de l’objet.
1 kilogramme
𝑐
Chaleur massique de la substance dont est
constitué l’objet (parfois aussi appelée chaleur
spécifique).
1 𝑗𝑜𝑢𝑙𝑒
= 1 𝐽/𝑘𝑔. 𝐾
1 𝑘𝑖𝑙𝑜𝑔𝑟𝑎𝑚𝑚𝑒. 1 𝑘𝑒𝑙𝑣𝑖𝑛
Quelques chaleurs massiques (en J/kg.K) :
Vapeur d’eau à 100 °C à pression 1860
constante
Plomb solide
130
Plomb liquide
165
Cuivre
380
Huile d’olive
2000
Acier inoxydable
500
Glace à 0 °C
2094
Terre
800
Bois de chêne
2400
Verre
840
Corps humain
3470
Air sec à pression constante
1000
Eau (liquide) (se note aussi co)
4186
PHY FT17 161230
2
L’énergie de combustion
Quand une substance inflammable entre en combustion, elle peut produire une certaine quantité
d’énergie thermique liée à la masse de substance selon la loi :
𝐸𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑜𝑛 = |∆𝐻𝑐𝑜 |. 𝑚 où :
Grandeur
Description
Unité
du
International
𝐸𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑜𝑛
Energie thermique (aussi appelée enthalpie de
réaction de combustion) produite lors d’une
combustion complète en présence d’oxygène, en
conditions normales de température (0 °C) et de
pression (1 atm = 101325 Pa)
1 joule
|∆𝐻𝑐𝑜 |
Valeur absolue de la chaleur de combustion (parfois
aussi appelée pouvoir calorifique ou pouvoir
thermique).
1 J/kg
𝑚
Masse de l’objet.
1 kilogramme
Système
Quelques chaleurs chaleur de combustion (valeurs absolues, en J/kg) :
Bois sec (approximativement)
15.106
Glucose (C6H12O6)
16.106
Butane (C4H10)
50.106
Hydrogène (H2)
142.106
Charbon
15.106 à 27.106
Méthane (CH4)
55.106
Essence
47.106
Octane (C8H18)
48.106
Ethanol (C2H5OH)
30.106
Propane (C3H8)
50.106
Gazole (composant principal
du diesel)
45.106
Paraffine de bougie
(approximativement)
40.106
L’énergie de rayonnement
La mesure de l’énergie transmise par un rayonnement (infrarouge, lumineux…) dépend de la source et
de l’utilisation.
a) Rayonnement global solaire à la surface de la Terre : on peut considérer un éclairement total
d’environ 1000 W/m2 sur une surface placée perpendiculairement à la trajectoire de la lumière,
en absence d’obstacles (nuages…).
b) Rayonnement global d’une source locale (lampe, flamme…) isotrope (émettant de la même
𝑃
manière dans toutes les directions), et dont on connaît la puissance : utiliser la loi : 𝐸 =
4𝜋𝑟 2
où :
Grandeur
Description
Unité du Système International
𝐸
Eclairement
sur
une
surface
placée
perpendiculairement à la trajectoire de la lumière.
1 W/m²
𝑃
Puissance de la source.
1 watt
𝑟
Distance de la surface à la source
1 mètre
Notons que ce calcul ne tient pas compte de la quantité d’énergie émise par conduction ou convection,
par exemple par l’intermédiaire du carter de la lampe.
Dans le cas d’une source directionnelle (spot…), il est préférable d’évaluer la proportion du rayonnement
émis arrivant sur la surface.
c) Rayonnement lumineux d’une source de puissance inconnue : mesurer l’éclairement en lumière
visible à l’aide d’un luxmètre et convertir en watt/m² à l’aide d’un convertisseur d’unité (voir
références ci-dessous).
Références :
Le rendement et les performances des systèmes, in Efficacité énergétique des bâtiments tertiaires :
http://www.energieplus-lesite.be/index.php?id=16971
Convertisseur d’unité : http://www.translatorscafe.com/cafe/FR/units-converter/illumination/1-11/luxwatt%2Fcentimeter%C2%B2_(at_555_nm)/
PHY FT17 161230
3
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