L`énergie - Canalblog

L’énergie
I/ Définitions
L'énergie caractérise la capacité à fournir du travail, à donner du mouvement ou à élever la
température.
• Elle est obtenue par la combustion de carburants ou de combustibles (pétrole, essence, gazole,
fioul, gaz, charbon, bois, etc…), l'utilisation de l'électricité ou de forces naturelles comme le vent
ou l'énergie solaire.
• L'énergie peut donc se présenter sous plusieurs formes qui peuvent se transformer ; par
exemple, production d'électricité à partir du gaz, de pétrole ou de charbon dans une centrale
thermique ou chauffage d'une maison à partir d'électricité ou de fioul domestique.
L'énergie se mesure en joules ou plus communément en kWh (3,6 millions de joules).
• Sans énergie, on ne se chauffe plus, on ne s'éclaire plus, on ne se transporte plus, on n'a plus
de téléphone, d'ordinateurs ou de télévision.
II/ Les sources d’énergie
A/ Les sources naturelles ou primaires
Elles existent naturellement et dc peuvent être simplement captées ds la nature. Une source
d’énergie est reconnue en tant que telle si l’on est capable techniquement de l’utiliser.
1) Le Soleil (son rayonnement reçu par la terre) → énergie solaire
2) Le vent → énergie éolienne
3) L’eau en mouvement (rivières ou marées) ou stockée en hauteur derrière les barrages et
dc susceptible de couler → énergie hydraulique
4) Les muscles de l’homme et des animaux → énergie musculaire
5) Le charbon, le pétrole, le gaz naturel (ts issus de la décompositions d’anciens êtres
vivants → énergies fossiles
6) L’uranium utilisé ds les centrales électriques → énergie nucléaire
7) La biomasse, càd l’ensemble des substances végétales et animales combustibles, dt on
peut tirer des matériaux combustibles → énergie verte
8) L’eau chaude souterraine → énergie géothermique
B/ Les sources secondaires
Certaines sources d’énergie usuelle n’existent pas ds la nature et doivent être produites avant
d‘être utilisées : l’électricité.
III/ Formes et transfert d’énergie
A/ Les formes d’énergie
1) L’énergie sous forme cinétique qd le système est en mvt à une certaine vitesse
Eg : eau des rivières, vent
2) L’énergie sous forme de pesanteur qd le système est à une certaine hauteur par rapport
au sol et susceptible de tomber sous l’action de son poids.
Eg : eau ds un barrage, poids des horloges comtoises
3) L’énergie sous forme chimique qd le système peut être le siège de réactions chimiques
fournissant de l’énergie.
Eg : bois et autre combustibles brûlant ds l’air, pile électrique
4) L’énergie sous forme nucléaire qd le système peut être le siège de réactions nucléaires.
Eg : uranium
5) L’énergie sous forme thermique qd le système est à une certaine température et dc
capable de fournir de la chaleur à un corps.
Eg : eau géothermale
B/ Les modes de transfert de l’énergie
1) La chaleur
• Ca a lieu spontanément qd 2 corps à T° différentes st mis en contact : le + chaud donne de
l’énergie au + froid, tendant à l’égalisation des températures.
• Ce transfert s’effectue par contact direct entre les molécules des corps : les mol les + chaudes
ont une + gde énergie cinétique que les – chaudes. Les 1ères st ralenties dc refroidies alors que
les secondes st accélérées, dc réchauffées.
• On a aussi coutume de l’appeler transfert thermique.
2) Le rayonnement
Un rayonnement permet un transfert d’énergie entre le corps qui les émet (la source) et celui qui
les absorbe (le récepteur).
Eg : le soleil fournit à la Terre un flux continu d’énergie
3) Le travail mécanique
On parle de travail mécanique lorsqu’un système exerce sur un autre des forces qui provoquent
ou favorisent son mvt (forces motrices), on dit que les forces en question fournissent un travail
mécanique ou encore que le 1er système cède de l’énergie à l’autre par le biais d’un travail
mécanique.
Eg : eau ou vent entraîné(e) par une turbine
4) Le travail électrique
Il permet de transporter facilement bcp d’énergie sur de gdes distances et permet d’obtenir, par
des dispositifs simples, les différents effets recherchés : chaleur, lumière et mvt.
C/ Les convertisseurs d’énergie
C’est un dispositif qui reçoit et utilise l’énergie d’une source sous une certaine forme, et fournit
en sortie de l’énergie sous une autre forme. L’énergie est ainsi convertie.
Eg : Le moteur d’une voiture qui convertit l’énergie chimique du carburant en énergie
mécanique qui est transférée au véhicule lui-même.
Une lampe électrique convertit l’énergie électrique qu’elle reçoit en énergie rayonnante.
III/ Utilisation et conservation de l’énergie
A/ La consommation d’énergie
L’énergie consommée au niveau de la source ne disparaît pas, elle est transférée à d’autres
systèmes matériels en interaction ac la source.
B/ La conservation de l’énergie
La conservation de l’énergie est le principe fondamental de la physique.
Lorsqu’un système matériel, en interaction ac d’autres systèmes, fournit et dc perd de l’énergie,
celle-ci est intégralement transférée aux autres.
Qd un système est isolé et n’est dc pas en interaction ac d’autres, son énergie totale se conserve.
S’il subit des transfo internes et perd de l’énergie sous une certaine forme, il en gagne forcément
sous une autre forme.
C/ La notion de chaîne énergétique
Une chaîne énergétique est la succession de transferts et de transfo de l’énergie, qu’il est
possible de représenter de façon schématique.
Eg : Ds le moteur thermique de la voiture, la combustion du carburant libère son énergie
en produisant de la chaleur. La partie de cette énergie qui sert à pousser les pistons ds le
moteur (énergie mécanique) est dc transférée au véhicule. Une autre partie de cette
énergie reste sous forme de chaleur et passe ds l’air ambiant au niveau des gaz
d’échappement et du radiateur.
D/ Perte et rendement d’un dispositif énergétique
Ds la plupart des dispositifs énergétique, une partie seulement de l’énergie fournit par la source
est réellement utilisée pr obtenir l’effet recherché. L’autre partie de l’énergie est considérée
comme perdue d’un pt de vue utilitaire puisqu’elle se retrouve ds le milieu environnant et devient
inutilisable.
IV/ La maîtrise de l’énergie
A/ Avantages et inconvénients des différentes sources d’énergie
Cf tableau récapitulatif
B/ Utilisation des capteurs solaires
Un capteur solaire est un dispositif permettant d’obtenir de l’eau chaude à partir de l’énergie
solaire.
Le rayonnement pénètre ds le capteur en traversant le vitrage et son énergie se trouve alors
« piégée » par effet de serre, ce qui maintient une température élevée à l’intérieur du capteur.
Un liquide dit caloporteur (svt de l’eau) circule ds des tubes et s’échauffe rapidement en
traversant le capteur. Le transfert de la chaleur à l’eau est favorisé par le contact des tubes ac
une plaque métallique appelée « absorbeur », dt la couleur noire lui permet d’absorber au mieux
le rayonnement solaire.
Le liquide ainsi chauffé est envoyé vers un réservoir d’eau à réchauffer ds lequel il circule à
travers un serpentin. Il cède ainsi sa chaleur à l’eau du réservoir avant de retourner vers le
capteur.
Suivant les conditions d’ensoleillement, une surface de 2 à 4 m2 de capteur suffit à produire
quotidiennement environ 150 litres d’eau chaude.
Par effet de serre, le rayonnement solaire contient bcp d’infrarouges proches (partie des
infrarouges proche du rouge ds le spectre électromagnétique) qui ont la propriété de traverser le
verre comme la lumière visible et qui pénètrent dc ds le capteur. Leur énergie est transférée à
l’absorbeur dt la température devient élevée. Comme tt corps chaud, l’absorbeur émet à son tour
du rayonnement infrarouge, ms il s’agit cette fois d‘infrarouges lointains. Or ces radiations st
arrêtées par le verre du capteur, qui les renvoie vers l’intérieur. C’est ainsi que le rayonnement
infrarouge solaire est piégé à l’intérieur du capteur, comme il l’est ds une serre.