L ÉNERGIE I. TRANFORMATIONS, TRANFERT, CONSERVATION ET RENDEMENT.

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1 L ÉNERGIE L énergie n est ni visible ni palpable. C est une grandeur mesurable qui désigne ce que possède un système (capital) pour fournir un travail en vue de produire un effet. La transformation peut être : une mise en mouvement, une déformation, une modification de structure, une augmentation de la température, une réaction chimique Tout ce qui vit, fonctionne, nécessite de l énergie. Plusieurs formes : potentielle, cinétique,, chimique, nucléaire, solaire. Elle peut passer d une forme à l autre = se transforme. I. TRANFORMATIONS, TRANFERT, CONSERVATION ET RENDEMENT. Transfert d énergie. 4 modes de transfert de l énergie d un système à l autre : La chaleur permet d augmenter la température d un système et de réaliser un changement d état. Lorsque deux systèmes ont des températures différentes il y a un flux d énergie appelé chaleur qui s opère de la zone chaude vers la zone froide jusqu à l obtention de l équilibre. Lorsque les deux systèmes ont la même température, le flux est nul. Différents modes de transfert de chaleur : - par conduction (métaux : électricité et le ). - par convection (mouvement au sein d un fluide produit par des écarts de température). - par émission de radiations (tous les corps irradient de l énergie sous formes d ondes électromagnétiques). Le rayonnement énergie émise par les réactions nucléaires au sein du Soleil. Ce mode de transfert intervient en présence d ondes électromagnétiques. Tous les rayonnements nécessitent de l énergie pour être émis et transportent en eux cette énergie = énergie rayonnante permet un transfert d énergie entre le corps qui émet les rayonnements (source) et celui qui les absorbe (récepteur). Le travail Le travail Une force agit en modifiant la position, la forme, ou en permettant une mise en mouvement (force motrice). Le travail ( ou ) permet d apporter ou de prendre de l énergie à un système.

2 Chaîne de transformations différentes transformations de l énergie d un système à l autre (ou à l intérieur d un même système) + modes de transfert associés. Tous les phénomènes qui nous entourent mettent en jeu une chaîne de transformation conversion d une forme d énergie en une autre. Eau de la retenue potentielle Ex : la centrale hydro : chaîne énergétique. Travail Usine hydro cinétique Travail Alternateur cinétique LAMPE Energie rayonnante Travail RADIATEUR ELECTRIQUE Energie Tableau récapitulatif transformations Grâce à se transforme en chimique Alternateur Frottements Moteur Accumulateur en Effet joule charge (résistance) chimique Moteur à explosion Moteur Pile Accumulateur en décharge Réaction Réaction

3 Le principe de conservation diminution de la quantité d énergie contenue dans le système de départ = quantité d énergie transférée dans le système d arrivée (quelles que soient les formes d énergie contenues dans les systèmes). Rendement (r) d un système r = E utile / E totale. Toute l énergie chimique ne se retrouve pas sous forme d énergie, une partie de l énergie est perdue sous forme. Le rendement n a pas d unité et il est toujours 1. E totale = énergie totale produite = énergie de départ. Ex : dans une voiture à essence, l énergie chimique de combustion de l essence = E ch = énergie E th (le moteur chauffe) + énergie cinétique E c (la voiture avance). Rendement r = E c / E ch II. LES UNITÉS DE MESURE DE L ÉNERGIE. L énergie se mesure en joule (J) ; en kilowattheure (kwh) ou en tep (tonnes équivalent pétrole). Le joule quantité d énergie nécessaire pour élever une masse de 1 kg à 1 m de hauteur E = P x t La puissance (P) quantité d énergie par unité de temps (en Watt). P = E / t (P en Watt ; E en joule ; t en secondes) Le kilowattheure mesure la consommation d énergie des installations s. 1 KWh = 3,6 millions de joules. Les tonnes équivalent pétrole utilisées dans l industrie. 1 TEP = 43milliards de joules. La kilocalorie utilisée en diététique. 1 Kcal = 4180 joules.

4 III. LES SOURCES D ÉNERGIE. Une source est un élément que l homme est techniquement capable d utiliser afin de produire de l énergie. Toutes les énergies disponibles sont puisées directement ou indirectement de la nature. La quasi-totalité a pour origine le rayonnement solaire. Les sources d énergie naturelles (ou primaires) captées dans la nature et directement utilisables eau, vent, Soleil, uranium, pétrole, charbon, gaz naturel, biomasse, énergie musculaire Les sources d énergie artificielles (ou secondaires) n existent pas dans la nature et doivent être produites avant d être utilisées proviennent de la transformation d une énergie primaire (ex : électricité produite par une centrale hydraulique). Les sources d énergie non renouvelables ne se renouvellent pas à l échelle humaine. Ex1 : les sources fossiles (puisées dans le sol terrestre) charbon, pétrole gisements s épuisant rapidement de par l exploitation de l homme. Ex2 : les sources nucléaires l uranium est extrait et enrichi pour pouvoir fournir de l énergie (électricité). Actuellement 65% de l énergie est produite par des centrales nucléaires. Pollution la pollution la plus inquiétante est celle due au dégagement de CO 2 2 problèmes : danger de contamination ou de radiation et difficultés de stockage des déchets dangereux pour l environnement. Les sources renouvelables se renouvellent assez rapidement pour être considérées comme inépuisables. Ex1 : les sources solaires (utilisables directement) capteurs s ou photovoltaïques (chauffage de l eau ) ; photopiles (électricité). Lumière photosynthèse (indispensable à la croissance des végétaux). Ex2 : les sources éoliennes rayonnement solaire inégal (donc Terre réchauffée inégalement) exploitation des déplacements des masses d air chaud et froid moulin à vent, éoliennes Ex3 : les sources hydrauliques marémotrices. Ex4 : la biomasse (énergie «verte») production d énergie à partir de matière vivante appartenant au monde végétal et produite sur Terre ou en milieu aquatique grâce au rayonnement solaire les végétaux chlorophylliens produisent les aliments qui fournissent l énergie aux animaux et aux hommes. Ex5 : les sources géos vapeur d eau chaleur des sous-sols.

5 IV. LES PRINCIPALES FORMES D ÉNERGIE. L énergie cinétique définit un objet physiquement en mouvement (véhicule, particule, photon, énergie lumineuse). Un objet en mouvement peut produire une action : enfoncer un clou, faire tourner une éolienne (le vent possède de l énergie cinétique et en fournit une partie aux pales des éoliennes pour les mettre en mouvement) L énergie liée à la T du système (agitation microscopique des particules). Le système est capable de fournir de la chaleur à un corps plus froid (eau géothermale). L énergie chimique (énergie dite potentielle) contenue dans la matière elle-même toutes les associations entre les éléments chimiques lors des réactions chimiques vont donner naissance à de nouvelles molécules formées avec des atomes présents dans les molécules initiales. La combustion des hydrocarbures dégage du CO 2, de la vapeur d eau et beaucoup d énergie (chaleur, explosion) réaction exoergique. Synthèse de l eau nécessite un apport d énergie pour se réaliser réaction endoergique. L énergie nucléaire forme d énergie relative aux réactions dans le noyau atomique dans les réacteurs seule une infime part des masses atomiques est convertie en une énergie gigantesque lors des réactions de fission (noyau lourd) ou de fusion (noyau léger). L énergie somme de deux formes d énergie : cinétique + potentielle. L énergie cinétique (liée au mouvement et à la vitesse d un système) qui dépend à la fois de la masse et de la vitesse E = 1/2 x (m x V) 2 E en joule ; m en kg et V en m/s. L énergie potentielle (énergie que possède un corps du fait de sa position dans un état par rapport à un autre : par ex l énergie de gravitation, nucléaire, élastique, chimique) E = Ph = m x g x h E en joule ; m en kg ; g en m/s et h en m. g = gravité ; m = masse ; h = hauteur

6 V. ÉCONOMIE D ÉNERGIE. Pour quoi faire? Favoriser l utilisation des sources renouvelables. Développer l isolation. Lutter contre le gaspillage. Développement de nouvelles technologies pour proposer un développement durable pour les générations futures. Le point de vue économique met l accent sur les sources d énergies utilisées, sur les consommations énergétiques des appareils et sur les économies d énergie qu il est possible de faire. L écoulement de l eau, le Soleil, le vent, le charbon, le pétrole, le gaz, les matières végétales, l uranium, le corps humain sont des sources d énergie. Certaines de ces sources sont dérivées d autres. Le Soleil est souvent la source d énergie primitive des autres. L énergie est une source d énergie secondaire. On la trouve certes dans des phénomènes naturels (la foudre), mais son utilisation pratique nécessite une transformation à partir d une autre source d énergie. Les sources d énergie dites «renouvelables» sont celles qui sont reconstituées rapidement, de l immédiateté à quelques années au maximum : vent, biomasse, mouvements naturels de l eau. Leur stock reste globalement constant. Les sources d énergie dites «non renouvelables» résultent de transformations matérielles dont certaines comme le charbon, le pétrole, le gaz naturel se sont constituées sur des millions d années et dont d autres sont à l état natif mais limité depuis la naissance de la Terre comme les éléments radioactifs (uranium par exemple). Leur utilisation implique la diminution et la destruction irréversible, à l échelle de l humanité, des quantités naturellement stockées.

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