Qu’est-ce que c’est ?

L’ENERGIE UN DEFI A RELEVER
Qu’est-ce que c’est ?
Qu’est ce que ça évoque chez vous ?
Laboratoire LCM UMR CNRS 6607 Antenne La RSY
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Sept. 2010
L’ENERGIE POSE T-ELLE PROBLEME ??
Le bâtiment
Pollution due aux transports :
Les émissions de polluants
des Moteurs à Allumage Commandé
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La pérennité du système
énergétique ??
L’eau,
une force naturelle,
une source d’énergie
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Réserves Ultimes = Production cumulée +
Réserves prouvées Réserves
+ Encore à découvrir (yet-to-find)
Réserves Ultimes Récupérables
Production Cumulée
Une première définition de
l’Énergie
"Grandeur caractérisant un système
et exprimant sa capacité à modifier
l’état d’autres systèmes avec lesquels
il entre en interaction "
Travail
Energie
Système
Transformation
Application
Interaction
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Une seconde définition de
l’Énergie
Concept crée par les scientifiques
pour quantifier les interactions entre
phénomènes différents
INTERACTIONS
Échanges
Echanges
d’énergie
Transformation
d’énergie en
une autre
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Échanges d’Énergie
Description
Transformation
Formes
Lois de la thermodynamique
Notions de travail et de
chaleur
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Formes d’Énergie
Cinétique
Potentielle
Mécanique
Formes inattendues:
La lumière transporte de l’énergie:
E=hv
Chimique
Électrique
La masse se transforme en
Energie:
E=∆mc2
Thermique
Nucléaire…
Présence de l’énergie dans
le vide: fluctuations et naissance
des particules élémentaires de
l’univers
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Comprendre les Phénomènes de
l’Énergie
λGrandeurs
λ
physiques fondamentales en Thermique
Les 3 modes de transfert de chaleur
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Grandeurs physiques
fondamentales en thermique
•
•
•
•
•
Quantité de chaleur
Température
Flux de chaleur
Capacité thermique massique
Chaleur latente de fusion
Quantité de chaleur
Le travail mécanique W est une grandeur scalaire exprimée en Joules:
W =
∫
b
a
F ds
( produit scalaire du vecteur FORCE F par le vecteur DEPLACEMENT ds)
La chaleur est une forme particulière de travail, qui correspond au
déplacement des particules élémentaires constituant la matière .
Le premier Principe de la Thermodynamique exprime l'équivalence de la
chaleur et du travail, qui sont deux formes différentes d'un même concept:
L'énergie, qui doit se concevoir comme du travail ou de la chaleur
emmagasinée.
Travail, Chaleur et Energie sont 3 grandeurs équivalentes s'exprimant en
Joules.
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Expérience de James Joule (1843)
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Température
Grandeur physique qui décrit l'état thermique d'un corps.
C'est une mesure de l'énergie cinétique moyenne des constituants
élémentaires du corps.
L'unité légale (S.I) de température est le KELVIN (symbole: K)
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Point Triple
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Echelle Celcius
t (en °C) = T (en K) - 273, 15 K
t Point triple de l'eau = 273,16 K - 273,15 K = 0,01 °C
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Flux de chaleur
Quantité de chaleur transférée par unité de temps
Un flux de chaleur s'exprime donc en
Joules/s, c'est-à-dire en Watt :
C'est une puissance
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Flux de chaleur
Noter l'analogie avec la
mécanique des fluides:
Un débit fluide est un flux de
matière (des m3) par
seconde.
Pour obtenir un débit d'un
fluide, il faut une force
motrice:
Elle s'obtient par une
différence de pression.
Différences de pression et
différence de températures
sont équivalentes:
Ce sont des différences de
potentiel moteur.
Capacité thermique massique
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La capacité thermique massique d'une substance est la quantité de
chaleur nécessaire pour élever de 1K la température d'une masse de
1 kg de cette substance.
Elle s'exprime en J. kg-1. K-1
Pour l'eau liquide (ci-contre):
C = 4187 J / (kg. K)
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Chauffage d'un solide
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Chaleur latente de changement
d'état
Pendant le changement d'état, la
température ne varie plus.
Mais on doit continuer à fournir
de la chaleur.
Chaque kg de matière solide
requiert pour opérer sa fusion la
fourniture d'une quantité
d'énergie L
Variation de la température en fonction
de la quantité de chaleur fournie à un
corps solide
L, en Joules/kg, est la chaleur
latente de fusion
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Les 3 modes de
transfert de chaleur
• Conduction thermique
• Convection de chaleur
• Rayonnement thermique
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Les 3 modes de
transfert de chaleur
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Conduction thermique
A
B
Dans cette barre métallique chauffée en son extrémité A, on observe un gradient
longitudinal de température T(x): T(A) > T(B)
Cette différence du potentiel température T(A) - T(B) provoque un flux de
chaleur Φ :
Φ = h S [ T(A) - T(B) ] en J/s
h est défini comme un coefficient de transfert de chaleur
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Conduction thermique
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Conduction thermique
Conduction thermique
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Convection de chaleur
C'est le transfert de chaleur par des
courants de fluides, liquides ou
gazeux.
Ce phénomène peut se développer
naturellement, les différences de
potentiel motrices étant des
différences de densité: c'est la
CONVECTION NATURELLE.
On peut aussi le générer
mécaniquement à l'aide de pompes
ou de ventilateurs: c'est la
CONVECTION FORCEE.
Rayonnement thermique
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Cette forme de transfert
d'énergie n'a besoin
d'aucun véhicule de
transport.
Ce transfert a également lieu
dans le vide.
Principe d'un four solaire:
Le rayonnement solaire concentré par le
miroir parabolique élève la température du
récepteur jusqu'à 300 °C
La différence de potentiel
motrice est la différence
entre les puissances
quatrièmes des températures
de la source et du récepteur.