COURS DE SCIENCES PHYSIQUES Classe de 2nd Pro

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Bérengère Grégoire
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sources et formes d énergie. Construire une chaîne énergétique, faire son bilan et calculer son rendement.

1 NOM et Prénom de l élève : COURS DE SCIENCES PHYSIQUES Classe de 2nd Pro ① SOURCES ET FORMES D ÉNERGIE ② LES CHAÎNES ÉNERGETIQUES - RENDEMENT ③ ÉNERGIE ET PUISSANCE OBJECTIFS DES ACTIVITÉS Connaître les différentes sources et formes d énergie. Construire une chaîne énergétique, faire son bilan et calculer son rendement. Connaître les grandeurs et les unités de la puissance et de l énergie. Savoir correctement appliquer la formule :. 1

Indiquer un nom de chaque énergie ainsi que sa source 1 2 3 Activité 1 4 5 1 2 3 4 5 Energie

2 1- Activité : Identifier les énergies renouvelables Une partie de l énergie que nous utilisons provient de sources dites renouvelables disponibles sur Terre. Indiquer un nom de chaque énergie ainsi que sa source Activité Energie Source 2- Activité : Les sources d énergie non renouvelables Attribuer dans chaque bulle le nom de la source représentée sur l image. 2

3- Sources d énergie Les matières ou objets susceptibles de fournir de l énergie s appellent des sources d énergie.

- Les sources d énergie non renouvelables. Sources renouvelables Energie solaire Le rayonnement solaire est indispensable à la vie (photosynthèse).

Energie éolienne Le vent est exploité depuis longtemps (moulin à vent, bateau à voile).

Energie géothermique Elle est issue de la chaleur régnant dans le sous sol de la Terre. On l exploite pour chauffer des locaux.

La biomasse Décomposition de ces végétaux par des bactéries pour fabriquer des gaz combustibles. (Méthane).

dans le sous-sol de la Terre. Charbon : Roche de couleur noir. Riche en carbone. C est de l anthracite.

3 3- Sources d énergie Les matières ou objets susceptibles de fournir de l énergie s appellent des sources d énergie. Les physiciens ont classé les sources d énergie en deux catégories : - Les sources d énergie renouvelables. - Les sources d énergie non renouvelables. Sources renouvelables Energie solaire Le rayonnement solaire est indispensable à la vie (photosynthèse). On exploite ce rayonnement pour fabriquer de l électricité (panneaux photovoltaïques) ou chauffer l eau (panneaux solaires thermiques). Energie éolienne Le vent est exploité depuis longtemps (moulin à vent, bateau à voile). Depuis peu on utilise cette énergie pour fabriquer de l électricité (éolienne). Energie géothermique Elle est issue de la chaleur régnant dans le sous sol de la Terre. On l exploite pour chauffer des locaux. Energie hydraulique Energie produite qu avec des barrages ou des moulins à eau. Elle est contenue dans le mouvement naturel de l eau des rivières. La biomasse Décomposition de ces végétaux par des bactéries pour fabriquer des gaz combustibles. (Méthane). Sources non renouvelables Sources fossiles Une énergie issue de la décomposition de matières organiques enfouies depuis plusieurs millions d année dans le sous-sol de la Terre. Charbon : Roche de couleur noir. Riche en carbone. C est de l anthracite. Pétrole : Liquide visqueux se trouvant dans certaines states du sous sol. Il résulte de la transformation lente de matières organiques sous l effet de la pression et de la température. Gaz : Combustible fossile constitué d un mélange d hydrocarbure gazeux. Energie nucléaire L uranium est utilisé comme combustible dans les centrales nucléaires. Il est extrait d un minéral dont les principaux gisements se trouvent en Afrique, Australie, Russie et Amérique du Nord. 3

4- Les formes d énergie De même qu il existe différentes sources d énergie, il existe différentes formes d énergie qu on peut identifier à une forme de stockage de l énergie.

Chaque photon transporte de l énergie. Energie mécanique : Il existe deux formes d énergie mécanique.

(Plus grande est la vitesse, plus le corps possède de l énergie cinétique) Energie potentielle : C est une forme d énergie dépendant de la position du corps.

Plus les molécules sont agitées plus elles ont de l énergie. Cela se traduit par une augmentation de la température. Energie chimique : Energie due aux réactions chimiques.

4 4- Les formes d énergie De même qu il existe différentes sources d énergie, il existe différentes formes d énergie qu on peut identifier à une forme de stockage de l énergie. Energie électrique L électricité est due à un déplacement d électrons dans un conducteur métallique. Energie lumineuse La lumière peut être assimilée à des grains appelée photons. Chaque photon transporte de l énergie. Energie mécanique : Il existe deux formes d énergie mécanique. Energie cinétique (EC) C est une forme d énergie dépendant de la vitesse et de la masse du corps. (Plus grande est la vitesse, plus le corps possède de l énergie cinétique) Energie potentielle : C est une forme d énergie dépendant de la position du corps. (Une pomme dans un arbre possède une énergie potentielle inférieure à cette même pomme en haut de la tour Eiffel). Energie thermique : Energie due à l agitation moléculaire. Plus les molécules sont agitées plus elles ont de l énergie. Cela se traduit par une augmentation de la température. Energie chimique : Energie due aux réactions chimiques. En fonction de la nature des réactions, certaines libèrent de l énergie (combustion d un gaz) et d autres absorbent de l énergie. Cinq formes d énergie sont utilisées ; se sont des formes de stockages. Le passage de l une à l autre s appelle un transfert d énergie. Exemples : La combustion du bois c est un transfert d énergie chimique en énergie thermique. Le fonctionnement d un moteur électrique, c est un transfert d énergie électrique en énergie mécanique + énergie thermique 4

Activité 2 1- Chaîne énergétique Une chaîne énergétique permet donc de faire le bilan énergétique d un

Pour faire un schéma d une chaîne énergétique il faut identifier : - Le - L énergie absorbée par ce

- L énergie perdue par ce convertisseur à l environnement.

5 Activité 2 1- Chaîne énergétique Une chaîne énergétique permet donc de faire le bilan énergétique d un convertisseur d énergie. Pour faire un schéma d une chaîne énergétique il faut identifier : - Le convertisseur d énergie. - L énergie absorbée par ce convertisseur. (Carburant pour le faire fonctionner) - L énergie utile produite par ce convertisseur. - L énergie perdue par ce convertisseur à l environnement. Énergie Absorbée CONVERTISSEUR D ÉNERGE Énergie Utile La flèche ( ) signifie «donne». PERTES Énergie Perdue Ex n 1 : Compléter cette chaîne énergétique Ex n 2 : Représenter la chaîne énergétique d un moteur électrique PERTES Pertes 5

2- Principe de conservation de l énergie L énergie d un système isolé se conserve, aucune énergie ne se perd ou ne se crée spontanément mais elle se transforme d une forme à une autre.

Bilan d une chaîne énergétique : Application : Faire les bilans énergétiques de ces deux chaînes proposées.

6 2- Principe de conservation de l énergie L énergie d un système isolé se conserve, aucune énergie ne se perd ou ne se crée spontanément mais elle se transforme d une forme à une autre. La quantité totale d énergie d un système isolée reste constante. Ce principe est important car il veut dire concrètement qu on ne peut fabriquer plus d énergie qu on en possède. Bilan d une chaîne énergétique : Application : Faire les bilans énergétiques de ces deux chaînes proposées. Chaîne ① Chaîne ② 3- Rendement d un convertisseur d énergie On se rend bien compte que l énergie utile est inférieure à l énergie absorbée, car il y a des pertes sous forme de chaleur. Pour mesurer l efficacité d un système on fait intervenir la notion de rendement. Le rendement (R) d un convertisseur est le quotient entre l énergie utile (E utile) et l énergie absorbée (Eabsorbée). ou Ce nombre s exprime sans unité et sera toujours compris entre 0 et 1. Plus R sera proche de 1 meilleur sera le convertisseur car cela veut dire que les pertes sont minimales. Le rendement R peut être exprimé en pourcentage (%) : Un convertisseur est parfait si mais on ne peut fabriquer de tel convertisseur. 6

7 1 Application : Calculer le rendement de cette ampoule. Pertes 2 Application : Un moteur électrique indique les caractéristiques suivantes : et Rendement : 2-1 Calculer la puissance absorbée par ce moteur. 2-2 Calculer la puissance perdue de ce moteur lors de son fonctionnement. 2-3 Construire la chaîne énergétique de ce moteur. 7

3 Application : L éclairage d un magasin de chaussures assurée par des lampes de puissances

3-1 Préciser sous quelle forme d énergie est le flux énergétique.

Préciser sous quelle forme cette énergie est perdue.

8 3 Application : L éclairage d un magasin de chaussures assurée par des lampes de puissances absorbées de 100 W. Chaque lampe fourni un flux énergétique de 82 Watt. 3-1 Préciser sous quelle forme d énergie est le flux énergétique. 3-2 Calculer le rendement (R) de la lampe. 3-3 Calculer l énergie perdue. Préciser sous quelle forme cette énergie est perdue. 4 Application : Le rendement d une ampoule électrique est de 12 %. Elle consomme une énergie de 80 Joules. 4-1 Construire la chaîne énergétique. 4-2 Calculer l énergie utile produite. 4-3 Calculer l énergie perdue. 8

Activité ③ 1- Puissance - Energie Un appareil puissant fournit beaucoup d énergie par unité de temps.

plus élevée qui consommera le plus d énergie.

12 W La puissance consommée par un convertisseur d énergie est l énergie qu il consomme par unité de temps.

heure (W.h) t Temps seconde (s) heure (h) Remarque : Multiples possibles.

9 Activité ③ 1- Puissance - Energie Un appareil puissant fournit beaucoup d énergie par unité de temps. 80 W Exemple : Si l on compare deux ampoules de puissances différentes, c est l ampoule qui a la puissance la plus élevée qui consommera le plus d énergie. D où l importance de bien choisir le type d ampoule à utiliser pour consommer le moins d énergie. 12 W La puissance consommée par un convertisseur d énergie est l énergie qu il consomme par unité de temps. ou Symbole Grandeur Unité internationale Unité usuelle P Puissance Watt (W) Watt (W) E Energie Joule (J) Watt.heure (W.h) t Temps seconde (s) heure (h) Remarque : Multiples possibles. Le kilowatt (kw) : 1 kw Watt Le kilo.watt.heure (kwh) : 1 kwh W.h 2- Applications ① Application : Cette ampoule fonctionne pendant 20 minutes. 1-① Convertir le temps ( t) en secondes. 1-② Calculer l énergie en Joules. 9

2 Application : Un radiateur électrique fonctionne dans une journée 6 h 30

2-2 Calculer l énergie consommée en Wattheure dans cette journée.

3 Application : Convertir les mesures suivantes : 110 Wh =.. kwh 24 kwh =.

.. kwh 4 Application : Une lampe de puissance fonctionne pendant mn.

10 2 Application : Un radiateur électrique fonctionne dans une journée 6 h 30 mn. Sa puissance est de W. 2-1 Convertir le temps ( t) en heures. 2-2 Calculer l énergie consommée en Wattheure dans cette journée. 2-3Convertir en kilowattheure le résultat trouvé. 3 Application : Convertir les mesures suivantes : 110 Wh =.. kwh 24 kwh =.. Wh 2 kwh =.. Wh 5 Wh =... kwh 4 Application : Une lampe de puissance fonctionne pendant mn. 4-1 Convertir le temps en secondes. 4-2 Convertir le temps en heure. 4-3 Quelle énergie électrique consomme-t-elle? Exprimer votre résultat en Joules et Wattheure et kilo.watt.heure. 10

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