E 6 L’énergie - biblio-educadhoc.hachette-livre.frbiblio-educadhoc.hachette-livre.fr/extracts/extrait/9782017030898/... · – Livre du professeur 98 Thème 3 6 L’énergie Programme

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Thème 398

6 L’énergie

Programme du cycle 4

L’énergie et ses conversions

Attendus de fin de cycle

• Identifier les sources, les transferts, les conversions et les formes d’énergie.• Utiliser la conservation de l’énergie.

Connaissances et compétences associées Exemples de situations, d’activités et d’outils pour l’élève

Identifier les sources, les transferts, les conversions et les formes d’énergieUtiliser la conservation de l’énergie

Identifier les différentes formes d’énergie.• Cinétique (relation Ec = 1

2 mv2), potentielle (dépendant de la

position), thermique, électrique, chimique, nucléaire, lumineuse.

Identifier les sources, les transferts et les conversions d’énergie.Établir un bilan énergétique pour un système simple.• Sources.• Transferts.• Conversion d’un type d’énergie en un autre.• Conservation de l’énergie.• Unités d’énergie.

Utiliser la relation liant puissance, énergie et durée.• Notion de puissance.

Les supports d’enseignement gagnent à relever de systèmes ou de situations de la vie courante.

Les activités proposées permettent de souligner que toutes les formes d’énergie ne sont pas équivalentes ni également utilisables.

Ce thème permet d’aborder un vocabulaire scientifique visant à clarifier les termes souvent rencontrés dans la vie courante : chaleur, production, pertes, consommation, gaspillage, économie d’énergie, énergies renouvelables.

Rappel du programme du cycle 3

Matière, mouvement, énergie, information

Connaissances et compétences associées Exemples de situations, d’activités et de ressources pour l’élève

Identifier différentes sources et connaître quelques conversions d’énergie

Identifier des sources et des formes d’énergie.• L’énergie existe sous différentes formes (énergie associée à un objet en mouvement, énergie thermique, électrique…).

Prendre conscience que l’être humain a besoin d’énergie pour vivre, se chauffer, se déplacer, s’éclairer… Reconnaitre les situations où l’énergie est stockée, transformée, utilisée. • La fabrication et le fonctionnement d’un objet technique néces-sitent de l’énergie.

• Exemples de sources d’énergie utilisées par les êtres humains : charbon, pétrole, bois, uranium, aliments, vent, Soleil, eau et barrage, pile…• Notion d’énergie renouvelable.

Identifier quelques éléments d’une chaine d’énergie domes-tique simple.• Quelques dispositifs visant à économiser la consommation d’énergie.

L’énergie associée à un objet en mouvement apparait comme une forme d’énergie facile à percevoir par l’élève, et comme pouvant se convertir en énergie thermique.Le professeur peut privilégier la mise en œuvre de dispositifs expérimentaux analysés sous leurs aspects énergétiques : éolienne, circuit électrique simple, dispositif de freinage, moulin à eau, objet technique…

On prend appui sur des exemples simples (vélo qui freine, objets du quotidien, l’être humain lui-même) en introduisant les formes d’énergie mobilisées et les différentes consommations (par exemple : énergie thermique, énergie associée au mouvement d’un objet, énergie électrique, énergie associée à une réaction chimique, énergie lumineuse…).Exemples de consommation domestique (chauffage, lumière, ordinateur, transports).

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Module 6 99

Progression curriculaire retenue dans les manuels

Identifier les sources, les transferts, les conversions et les formes d’énergieUtiliser la conservation de l’énergie

Identifier les différentes formes d’énergie.Cinétique, potentielle (dépendant de la position), thermique, électrique, chimique, nucléaire, lumineuse

Identifier les différentes formes d’énergie.Cinétique, potentielle (dépendant de la position), thermique, électrique, chimique, nucléaire, lumineuse

Identifier les différentes formes d’énergie.Cinétique (relation Ec = 1

2 mv2), potentielle

(dépendant de la position), thermique, électrique, chimique, nucléaire, lumineuse.

Identifier les sources, les transferts et les conversions d’énergie.

Identifier les sources, les transferts et les conversions d’énergie.Établir un bilan énergétique pour un système simple.

Identifier les sources, les transferts et les conversions d’énergie.Établir un bilan énergétique pour un système simple.

Sources.Transferts.Conversion d’un type d’énergie en un autre.

Sources.Transferts.Conversion d’un type d’énergie en un autre.Conservation de l’énergie.Unités d’énergie.

Sources.Transferts.Conversion d’un type d’énergie en un autre.Conservation de l’énergie.Unités d’énergie.

Utiliser la relation liant puissance, énergie et durée.

Notion de puissance. Notion de puissance. Notion de puissance.

Grille d’évaluation des attendus de fin de cycle

Classe : �� Nom de l’élève : ��

Attendus de fin de cycle :• Identifier les sources, les transferts, les conversions et les formes d’énergie.• Utiliser la conservation de l’énergie.

MI : maîtrise insuffisanteMF : maîtrise fragileMS : maîtrise satisfaisanteTBM : très bonne maîtrise

Activités

MI MF MS TBM

Identifier les différentes formes d’énergie. 1, 2, 3

Identifier les sources d’énergie. 2, 4

Identifier les transferts et les conversions d’énergie. 1, 2, 3

Connaître la notion de puissance. 4

Identifier les différentes formes d’énergie 1, 2, 3, 4

Identifier les transferts et les conversions d’énergie. 1, 2, 3, 4, 5

Établir un bilan énergétique pour un système simple. 4, 5

Connaître et savoir utiliser la relation Ec = 12

mv2. 1, 2

Identifier les transferts et les conversions d’énergie. 1, 2

Utiliser la relation liant puissance, énergie et durée. 5

Fichier modifiable dans le manuel numérique.

ACTIVITÉ

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1 Pourquoi la plupart des barrages sont-ils situés en hauteur ?

Matériel• Dispositif modélisant une centrale hydroélectrique : roue à aubes reliée à un alternateur. Plusieurs hauteurs de chute sont possibles.• Voltmètre• Fils de connexion

Vidéos et animations en lien avec l’activité• Centrale hydrauliqueUne vidéo en accès libre pour les élèves montre le fonctionnement d’une centrale hydraulique.• Modélisation d’une centrale hydraulique (doc. 1)Une vidéo en accès libre pour les élèves présente le matériel puis permet d’observer l’influence de la hauteur de chute sur la tension délivrée par l’alternateur. Plus la tension obtenue est élevée, plus la production d’énergie électrique est importante.Si l’expérience n’est pas réalisée en classe, cette vidéo permet à l’élève de poursuivre l’activité.• Fonctionnement d’un alternateur (doc. 2)Une vidéo présente le matériel aux élèves. La vidéo complète est disponible dans le manuel numérique du professeur. Si l’expérience n’est pas réalisée en classe, cette vidéo permet à l’élève de poursuivre l’activité.

ComplémentsL’alternateur et le dispositif de modélisation d’une centrale hydrauliques utilisés sont commercialisés par la société Jeulin.

Commentaires sur la stratégie pédagogique proposéeÀ ce stade, la tension n’a pas été abordée dans le module 6, le voltmètre sert alors uniquement de témoin de ce que l’on peut alors qualifier de « plus ou moins grande production d’électricité ».Cette activité aborde deux formes d’énergies (potentielle de position et électrique) et la conversion d’une forme d’énergie en une autre forme.Elle permet de montrer que plus la hauteur de la chute d’eau est importante et plus la « production d’électri-cité » est importante.

1 Les trois vidéos disponibles dans le doc. 1 permettent de schématiser le dispositif.

2 Réaliser un circuit électrique avec l’alternateur en mouvement et observer l’état de la lampe.

3 L’alternateur convertit de l’énergie cinétique en énergie électrique. Il y a aussi conversion en énergie thermique mais cela ne nous semble pas

exigible en début de cycle.

4 L’eau immobile dans un barrage situé en hauteur contient de l’énergie poten-tielle de position.

5 Les barrages sont situés en hauteur pour que l’eau possède de l’énergie potentielle.

6 Plus l’eau chute d’une grande hauteur, plus la production d’énergie électrique est importante.

7 L’eau convertit son énergie potentielle de position en énergie cinétique. Plus la hauteur est importante, plus l’énergie cinétique sera grande et plus il y aura de production d’énergie électrique.

Au cours de la chute, il y a conversion de l’énergie potentielle de position en énergie cinétique.

Un pas vers le bilan

p. 101 du manuel

VVoltmètre

Alternateur

Roue à aubes

Chute d’eau

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Module 6 101

D’où provient l’électricité que nous utilisons ?

2

Vidéos et animations en lien avec l’activitéSept vidéos en accès libre pour les élèves présentent les différentes sources d’énergies utilisées pour produire de l’énergie électrique et les centrales de production qui leur sont associées.Centrale thermique – Centrale éolienne – Centrale nucléaire – Centrale biomasse – Centrale solaire – Centrale géothermique – Centrale hydrauliqueCes vidéos ne sont pas indispensables à l’activité mais illustrent les différents types de centrales.

Commentaires sur la stratégie pédagogique proposéeNous avons choisi une activité documentaire sur les principaux convertisseurs en fonctionnement aujourd’hui.Cela permet de revoir les sources renouvelables et les sources non renouvelables qui ont été étudiées au cycle 3.La notion de conversion d’énergie est présentée à l’aide d’une chaîne énergétique simple déjà vue au cycle 3.

1 Sources renouvelables Sources non renouvelablesSOURCE ÉOLIENNE SOURCE FOSSILE

SOURCE BIOMASSE SOURCE NUCLÉAIRE

SOURCE HYDRAULIQUE

SOURCE SOLAIRE

SOURCE GÉOTHERMIQUE

2 Sources d’énergie Formes d’énergiesSOURCE ÉOLIENNE Énergie cinétique de l’air en mouvement

SOURCE BIOMASSE Énergie chimique des végétaux

SOURCE HYDRAULIQUE Énergie cinétique de l’eau en mouvement

SOURCE SOLAIRE Énergie lumineuse

SOURCE GÉOTHERMIQUE Énergie thermique

SOURCE FOSSILE Énergie chimique

SOURCE NUCLÉAIRE Énergie nucléaire

3 L’énergie électrique que nous utilisons provient de plusieurs sources, certaines sont renouvelables, d’autres ne le sont pas :

– les sources non renouvelables utilisées sont les sources fossiles et nucléaires ; – les sources renouvelables utilisées sont les sources éolienne, biomasse, solaire et géothermique.

Les trois convertisseurs choisis sont la centrale biomasse, la centrale nucléaire et la centrale hydraulique.Les chaînes énergétiques présentent les formes d’énergie converties.


Énergie exploitée Énergie utile

Énergiechimique

Énergieélectrique

Centrale biomasse

Convertisseur


Énergienucléaire

Énergieélectrique

Centrale nucléaire

Convertisseur


Énergie cinétique de l’eau

Énergieélectrique

Centrale hydraulique

Convertisseur

p. 102 du manuel

ACTIVITÉ

Thème 3

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3 Comment une spirale magique fonctionne-t-elle ?

Matériel• Feuille de papier avec la spirale à découper (patron à télécharger, voir Compléments ci-dessous)• Fil à coudre• Bougie chauffe-plat et allumettes• Potence, noix, tige ou dispositif équivalent

Vidéos et animations en lien avec l’activité• Spirale magiqueUne vidéo présente le matériel aux élèves. La vidéo complète est disponible dans le manuel numérique du professeur. Si l’expérience n’est pas réalisée en classe, cette vidéo permet à l’élève de poursuivre l’activité.

ComplémentsUn plan de construction de spirale est disponible dans le manuel numérique.Le fil de suspension doit être suffisamment long pour qu’il puisse se vriller lors de l’expérience. Il faut tout de même garder une distance suffisante entre la flamme et la bougie.

Commentaires sur la stratégie pédagogique proposéeLa spirale est un objet très simple à fabriquer. Lorsqu’elle fonctionne, cela permet à l’élève de mener une réflexion sur les transferts et conversions d’énergie à partir d’un objet concret et pas seulement à partir de modèles nécessairement plus abstraits.

1 Lorsque la spirale est au-dessus de la bougie enfl ammée, elle se met à tourner.

2 Dans la fl amme d’une bougie, l’énergie chimique de la bougie est convertie en énergie thermique et énergie lumineuse.

3 De l’énergie thermique est transférée de la fl amme de la bougie à l’air.

4 L’air en mouvement possède de l’énergie cinétique qu’il transfère à la bougie qui se met en mouvement.

5 L’énergie chimique de la bougie est convertie en énergies lumineuse et thermique. L’énergie thermique de la fl amme est transférée à l’air.

L’énergie thermique de l’air est convertie en énergie cinétique de l’air. Cette énergie cinétique de l’air est trans-férée à la spirale qui se met en mouvement.

Lors d’une conversion d’énergie, on passe d’une forme d’énergie à une autre.Lors d’un transfert d’énergie, la même forme d’énergie passe d’un objet à un autre.


p. 104 du manuel

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Module 6 103

A-t-on toujours utilisé les mêmes sources d’énergie ?

4

Matériel• Deux bouilloires de puissances différentes• Grande éprouvette (250 mL ou 500 mL)• Deux grands béchers

Vidéos et animations en lien avec l’activité• Sources d’énergieL’animation en accès libre pour les élèves est nécessaire pour réaliser cette activité. Elle présente les sources d’énergies utilisées au cours de l’histoire. Néanmoins, il est possible de proposer aux élèves des fiches comme celles présentées ci-dessous.• Puissance d’un convertisseurUne vidéo montre deux bouilloires de puissances différentes chauffant une même quantité d’eau jusqu’à ébullition. Elle présente le matériel aux élèves. La vidéo complète est disponible dans le manuel numérique du professeur. Si l’expérience n’est pas réalisée en classe, cette vidéo permet à l’élève de poursuivre l’activité.

ComplémentsDes tableaux à compléter sont téléchargeables dans le manuel numérique.

Commentaires sur la stratégie pédagogique proposéeCette activité documentaire montre à l’élève que depuis toujours l’homme a exploité différentes formes d’énergie. Elle montre également que les sources d’énergie exploitées ont évolué au cours du temps.Nous avons choisi de présenter la notion de puissance par la capacité d’un convertisseur à convertir l’énergie rapidement. L’expérience d’ébullition de l’eau avec deux bouilloires de puissances différentes permet d’illustrer cette notion.Il peut être intéressant de faire travailler les élèves par groupe sur une ou deux périodes de l’histoire et ensuite d’échanger les résultats de l’activité.

1 Les tableaux vierges peuvent être fournis aux élèves, ils sont disponibles dans le manuel numérique. Les textes apparaissant dans l’animation sont les suivants :

La Préhistoire • Feu de bois Maîtrisé depuis 500 000 ans, le feu a permis à l’homme de se chauff er,

de s’éclairer et de se protéger des animaux. L’énergie chimique stockée dans la biomasse (végétaux) est convertie

en énergie lumineuse et énergie thermique. • Cueillette Ce personnage se déplace et cueille des fruits grâce à l’énergie chimique

stockée dans ses muscles. Les fruits comme tous les aliments contiennent de l’énergie chimique

que les muscles du personnage vont stocker. • Chasse Ce chasseur vient de tuer un animal avec sa lance. C’est l’énergie chimique contenue dans ses muscles qui a

permis cela. Lors d’un travail physique, un homme peut fournir une puissance de 500 watts environ.

p. 105 du manuel

Thème 3

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Le Moyen-Âge• Mouture du blé : le moulin à ventL’énergie cinétique de l’air (vent) met une meule de pierre en mouve-ment. Cette meule permet de moudre le blé pour fabriquer de la farine.• Mouture du blé : le moulin à eauL’énergie cinétique de l’eau met une meule de pierre en mouvement. Cette meule permet de moudre le blé pour fabriquer de la farine.• Travaux agricolesL’énergie chimique contenue dans les muscles des animaux permet au laboureur de travailler rapidement.Un bœuf lors d’un labour fournit une puissance de 4000 watts environ.• Navigation à voileL’énergie cinétique de l’air (vent) fait avancer le bateau. Le commerce par voie fluviale se développe.

Le xixe siècle• Navigation à vapeurLa machine à vapeur convertit l’énergie chimique du charbon ou du bois en énergie thermique. Cette énergie thermique chauffe de l’eau dans une cuve et la transforme en vapeur. L’énergie cinétique de la vapeur d’eau est transférée au bateau qui peut alors de déplacer.• Travaux agricolesLa machine à vapeur convertit l’énergie chimique du charbon ou du bois en énergie thermique. Cette énergie thermique chauffe de l’eau dans une cuve et la transforme en vapeur. L’énergie cinétique de la vapeur d’eau est transférée au tracteur qui peut alors de déplacer.Les premiers tracteurs à vapeur fournissent une puissance de 5000 watts environ.• L’activité industrielleLes machines à vapeur convertissent l’énergie chimique du charbon ou du bois en énergie cinétique. Elles permettent le développement d’industries comme la sidérurgie, la chimie, le textile. Elles fournissent une énergie bon marché.• Transports ferroviairesLa machine à vapeur convertit l’énergie chimique du charbon ou du bois en énergie thermique. Cette énergie thermique chauffe de l’eau dans une cuve et la transforme en vapeur. L’énergie cinétique de la vapeur d’eau est transférée à la locomotive qui peut mettre le train en mouvement• Extraction du charbonLe charbon est la source fossile la plus utilisée au XIXème siècle. L’énergie chimique qu’il contient permet de faire fonctionner des machines à vapeur ainsi que de de fournir de l’énergie thermique pour chauffer les habitations.• Éclairage des ruesLes rues sont éclairées par des réverbères à gaz. L’énergie chimique du gaz est convertie en énergie lumineuse.

Aujourd’hui• Navigation maritimeLes bateaux ne sont plus équipés de machines à vapeur mais de moteurs qui convertissent l’énergie chimique du pétrole en énergie cinétique. Ils sont de plus en plus puissants. D’énormes bateaux pétro-liers sillonnent les océans.• Production d’énergie électrique : la centrale nucléaireLa centrale nucléaire convertit l’énergie nucléaire de l’uranium en énergie thermique. Celle-ci permet de transformer de l’eau liquide en vapeur d’eau qui fait tourner un alternateur. L’énergie cinétique de l’al-ternateur est convertie en énergie électrique.• Production d’énergie électrique : l’éolienneL’énergie cinétique de l’air (vent) fait tourner les pales de l’éolienne reliées à un alternateur. L’énergie cinétique de l’alternateur est convertie en énergie électrique.• Production d’énergie électrique : la centrale hydraulique

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Module 6 105

L’énergie cinétique de l’eau fait tourner un alternateur. L’énergie cinétique de l’alternateur est convertie en énergie électrique. L’énergie hydraulique est la source d’énergie renouvelable la plus utilisée dans le monde actuellement.• Production d’énergie électrique : les panneaux solairesLes panneaux solaires convertissent l’énergie solaire en énergie électrique ou en énergie thermique pour le chauffage par exemple. • Transports aériensLe transport aérien s’est développé au vingtième siècle. Il faut actuellement moins de huit heures pour effectuer le trajet Paris – New-York alors qu’il a fallu au quinzième siècle deux mois et demi à Christophe Colomb pour traverser l’Atlantique.Les moteurs des avions convertissent l’énergie chimique du pétrole en énergie cinétique notamment.• Travaux agricolesL’agriculture s’est mécanisée. Les engins agricoles utilisent des moteurs de plus en plus puissants qui conver-tissent l’énergie chimique du pétrole en énergie cinétique. La puissance d’un tracteur actuel est de l’ordre de 150 kilowatts (150 000 watts).

PréhistoireActivité Chasse Cueillette Chauffage et cuisson

par le feu de bois

Source d’énergie Humain Humain Biomasse

Forme d’énergie exploitée Énergie chimique. Énergie chimique Énergie chimique

Forme d’énergie utile Énergie cinétique Énergie cinétique Énergie thermique et énergie lumineuse.

Moyen-ÂgeActivité Navigation à voile Travaux agricoles par

les bœufsMouture du blé par le moulin à eau

Mouture du blé par le moulin à vent

Source d’énergie Air en mouvement Animal Eau en mouvement Air en mouvement

Forme d’énergieexploitée

Énergie cinétique Énergie chimique Énergie cinétique Énergie cinétique

Forme d’énergie utile Énergie cinétique Énergie cinétique Énergie cinétique Énergie cinétique

xixe siècleActivité Navigation

à vapeur Fonctionnement des machines à vapeur et chauffage

Activités industrielles

Transports ferroviaires (train)

Éclairage public

Travaux agricoles avec un tracteur

Source d’énergie

Biomasse ou charbon

Biomasse Biomasse ou charbon

Charbon Gaz Charbon

Forme d’énergie exploitée

Énergie chimique.

Énergie chimique Énergie chimique.

Énergie chimique.

Énergie chimique

Énergie chimique

Forme d’énergie utile

Énergie cinétique

Énergie cinétique Énergie cinétique

Énergie cinétique

Énergie lumineuse

Énergie cinétique

Aujourd’huiActivité Production d’énergie

électrique par une centrale nucléaire

Travaux agricoles avec un tracteur

Navigation maritime

Production d’énergie électrique par une centrale hydraulique

Transports aériens

Source d’énergie

Uranium Pétrole Pétrole Eau en mouvement Pétrole

Forme d’énergie exploitée

Énergie nucléaire Énergie chimique Énergie chimique Énergie cinétique Énergie chimique

Forme d’énergie utile

Énergie électrique Énergie cinétique Énergie cinétique Énergie électrique Énergie cinétique

Thème 3

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Aujourd’huiActivité Production d’énergie électrique

par une éolienneProduction d’énergie électrique par panneau solaire

Source d’énergie Air en mouvement Soleil

Forme d’énergieexploitée

Énergie cinétique Énergie solaire

Forme d’énergie utile Énergie électrique Énergie électrique ou énergie thermique

2 Lors d’un travail physique, un homme peut fournir une puissance de 500 watts environ. Un bœuf lors d’un labour fournit une puissance de 4 000 watts environ. Les premiers tracteurs à vapeur fournissaient une puissance de 5 000 watts environ. La puissance d’un tracteur actuel est de l’ordre de 150 kilowatts (150 000 watts). Les puissances des dispositifs utilisés en agriculture ont énormément augmenté depuis la préhistoire jusqu’à

nos jours.

3 Placer le même volume d’eau dans chaque bouilloire. Allumer chaque bouilloire, puis mesurer la température de l’eau après quelques minutes.

La bouilloire la plus puissante chauff e l’eau le plus rapidement.

4 Plus un dispositif est puissant, plus il convertit l’énergie rapidement.

5 Les sources d’énergie utilisées ont évolué depuis la Préhistoire. Initialement, nous utilisions surtout des sources d’énergie renouvelables. Puis à partir du XIXe siècle, les sources d’énergie fossiles ont été les plus utilisées. Et au XXe siècle et notamment en France, c’est l’énergie nucléaire qui est utilisée.

Connaître la puissance d’un convertisseur permet de savoir s’il convertira l’énergie rapidement pour effec-tuer le travail demandé.


Prendre un bon départ

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Module 6 107

EXERCICES

Les formes d’énergie

QCM

1 a. et b.

2 c.

3 Reconnaître une forme d’énergie L’énergie convertie par les panneaux photovoltaïques provient du Soleil. C’est l’énergie solaire.

4 Reconnaître une forme d’énergie L’énergie thermique permet la cuisson des aliments.

Une vidéo en accès libre pour les élèves montre l’intérêt du four solaire lorsqu’il y a pénurie de sources d’énergie.

5 Identifi er des formes d’énergie L’eau située en hauteur dans le château d’eau possède de l’énergie potentielle de position.

Les sources d’énergie

QCM

6 a. et c.

7 b. et c.

8 b. et c.

9 a. et b.

10 Proposer une explication Une source d’énergie hydraulique est une source renouvelable grâce au cycle de l’eau qui renouvelle l’eau dans les barrages par exemple.

11 Identifi er une source d’énergie renouvelable1. Cette source d’énergie est la source géothermique.2. Elle est qualifi ée de renouvelable car elle ne s’épui-sera pas à cause d’une exploitation sur une durée à l’échelle humaine.

12 Émettre une hypothèse L’essence sans plomb provient du pétrole, c’est une source d’énergie non renouvelable car les réserves de pétrole ne sont pas inépuisables.

Les transferts et conversions d’énergie

QCM

13 a. 14 a.

15 Repérer un transfert d’énergie Le forgeron craint un transfert d’énergie thermique le long de la barre de fer et donc de se brûler.

16 Réaliser une chaîne énergétique

Éolienne


Énergie ciné-tique du vent

Énergie électrique

La puissance

QCM

17 a. 18 b.

19 Repérer des puissances La puissance du sèche-cheveux B (2 400 W) est supé-rieure à celle du sèche-cheveux A (2 000 W).

p. 107 et 108 du manuel

Se perfectionner

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Thème 3108

EXERCICES

20 Soulager les douleurs 1. a. L’énergie est transférée sous forme d’énergie thermique.b. L’énergie thermique est transférée depuis le gel vers la zone douloureuse.c. L’énergie est transférée du corps qui en contient le plus vers celui qui en contient le moins, donc du gel chaud vers le corps plus froid.2. En cryothérapie, il faut placer quelques minutes la poche de gel au réfrigérateur puis l’appliquer sur la zone douloureuse. L’énergie sous forme d’énergie ther-mique est alors transférée depuis la zone douloureuse vers le gel.

21 Chauff e-eau solaire1. L’énergie utilisée par le capteur solaire provient du Soleil.2. Lors du fonctionnement du chauff e-eau, il y a trans-fert d’énergie thermique entre l’eau chaude qui circule dans le capteur et l’eau froide du réseau sanitaire de la maison.

22 Les éoliennes1. a. L’énergie cinétique du vent est convertie dans une éolienne.b. L’éolienne convertit l’énergie cinétique du vent en énergie électrique.2. Le vent ne souffl ant pas régulièrement, il n’est pas possible d’utiliser seulement les éoliennes pour produire de l’énergie électrique.

23 L’hydroélectricité1. L’eau immobile dans un barrage possède de l’énergie potentielle de position.2. En arrivant à la turbine, l’eau possède de l’énergie cinétique.3. L’alternateur convertit l’énergie cinétique de l’eau en énergie électrique.

24 Des grêlons dangereux1. La chute des grêlons est due à l’interaction gravitationnelle.2. Lorsque les grêlons sont en altitude, ils stockent de l’énergie potentielle de position.3. Lorsqu’ils atteignent le sol, les grêlons possèdent de l’énergie cinétique.

25 Entre deux wagons1. Le wagon de gauche est en mouvement, il possède donc de l’énergie cinétique.2. Il va y avoir un transfert d’énergie cinétique depuis le ressort du wagon de gauche vers le ressort du wagon de droite.

26 Le puits canadien1. Un puits canadien est un dispositif de chauff age.2. De l’énergie thermique est transférée lors du fonc-tionnement d’un puits canadien.3. L’énergie est transférée depuis le sol vers l’air du conduit.4. La source géothermique, soit une source d’énergie renouvelable, est utilisée par le puits canadien.

27 Descente en VTTQuestion posée :Expliquer en termes de transferts et de conversions d’énergie le problème qui peut intervenir lors d’un frei-nage à vélo.

1re étape : Bien comprendre la question posée1. Comment un vélo freine-t-il ?2. Quel problème est survenu lors de ce freinage ?3. Quelles formes d’énergie possède un cycliste en mouvement ?4. Quelle conversion d’énergie a lieu lors d’un freinage ?

2e étape : Lire et comprendre les documents1. Lors d’un freinage, le liquide de frein appuie sur des plaquettes. Celles-ci frottent contre des disques reliés à la roue (donnée).2. Les freins ont chauff é, le liquide s’est mis à bouillir et le vélo ne freinait plus (doc. 1).3. La descente est rapide, le cycliste possède de l’énergie cinétique (doc. 1).4. Il y a eu conversion d’énergie cinétique en énergie thermique (doc. 1 et donnée).

3e étape : Dégager la problématiqueOn demande de préciser pourquoi la conversion d’énergie cinétique en énergie thermique n’a plus permis de faire foncti onner les freins.

4e étape : Construire la réponse• Identifi er la conversion d’énergie eff ectuée pendant le freinage.• Repérer quel problème cause le transfert d’énergie entre les plaquettes de freins et le liquide de frein.• Justifi er le changement d’état du liquide.• Justifi er que le changement d’état du liquide de frein empêche le freinage.

5e étape : Rédiger la réponse en trois paragraphes• Présenter le contexte et introduire la problématique.Un freinage permet à un VTT de convertir son énergie cinétique en énergie thermique au niveau du système de freinage.

Tâche complexe

p. 109 à 111 du manuel

Se perfectionner

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Module 6 109

EXERCICES

• Mettre en forme la réponse.Lorsqu’un cycliste agit sur les freins, le liquide de frein appuie sur des plaquettes. Celles-ci frottent contre des disques reliés à la roue (données).Ces frottements permettent de diminuer la vitesse du cycliste. Au niveau des freins, il y a une conversion de l’énergie cinétique du cycliste en énergie thermique.Cette énergie thermique est transférée depuis les freins vers tout le système de freinage et en particulier vers le liquide de frein. Ce dernier s’échauff e jusqu’à changer d’état et devient gazeux (doc. 1). À ce moment-là, lorsque le cycliste appuie sur le frein, il n’y a plus de pression exercée sur le frein car le gaz est compres-sible (module 1). Et donc, il n’est plus possible de freiner.• Conclure et introduire, quand c’est possible, une part d’esprit critique.Il est dangereux de freiner de manière trop importante car l’énergie thermique dégagée au niveau des freins peut empêcher le VTT de s’arrêter ensuite.Il faut donc toujours maîtriser sa vitesse de façon à pouvoir s’arrêter sans dommage.

Grille d’évaluation en fi n de module.

28 La centrale nucléaire1. 1 Réacteur nucléaire : énergie nucléaire et thermique2 Circuit primaire : énergie thermique et cinétique3 Générateur de vapeur : énergie thermique4 Circuit secondaire : énergie thermique et cinétique5 Alternateur : énergie cinétique et énergie

électrique6 Pylône haute tension : énergie électrique

2. Il y a conversion d’énergie nucléaire en énergie ther-mique, puis d’énergie thermique en énergie cinétique puis d’énergie cinétique en énergie électrique.3.

Centrale nucléaire


Énergie nucléaire de l’uranium

Énergie électrique

29 The Sea’s power

Traduction : Une nouvelle technologie qui exploite la puissance des courants marins pourrait fournir une forme propre et illimitée d’énergie renouvelable. Le vent et l’énergie solaire sont prometteurs mais ils sont limités par leur qualité et leur intermittence. Il est possible d’utiliser des courants marins pour produire de l’électricité.

1. Les courants marins sont la source d’énergie évoquée dans le texte.2. Cette source est renouvelable car le courant ne disparaît pas après avoir été utilisé.3. Les sources solaire et éolienne sont intermittentes. Il faut du Soleil ou du vent pour qu’elles fonctionnent, alors que les courants marins sont permanents.

30 Gaspillage énergétique1. « Vivre à crédit » signifi e utiliser de l’argent que l’on ne possède pas et que l’on a dû emprunter. Dans le contexte de l’exercice, cela signifi e que chaque année, après le « jour du dépassement », l’humanité consomme des ressources d’énergie qu’elle puise dans les réserves d’énergie de la Terre.2. Le « jour du dépassement » est de plus en plus tôt chaque année car la consommation de ressources non renouvelables augmente chaque année.3. Afin de préserver la planète, il faut utiliser des sources d’énergies renouvelables.4. Le risque est qu’il n’y aura plus assez de réserves de sources non renouvelables pour les générations futures.5. Une proposition de légende pour l’image : La Terre pressée comme une orange.

31 Plus puissant qu’un cheval1. 150 kW = 150 000 W et 1 CV = 735,5 W.La puissance en CV d’un tracteur est :

150 000735,5

= 204 CV.

2.

Tracteur


Énergie chimique

Énergie cinétique

32 Économie d’énergieLes lampes halogènes à incande scence convertissent de l’énergie électrique en énergie lumineuse mais également en énergie thermique. En eff et, il est marqué sur la notice que le risque de brulure est important.Les lampes DEL convertissent de l’énergie électrique en énergie lumineuse principalement.L’énergie thermique dissipée par les lampes halogènes à incandescence fait que ces lampes sont plus consom-matrices d’énergie.

Accompagnement personnalisé

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EXERCICES

Thème 3110

33 À chacun son rythme

Une vidéo en accès libre pour les élèves montre quelques utilisations d’une caméra thermique.

1. Il y a transfert d’énergie thermique entre le bâtiment et l’air du milieu extérieur ainsi qu’entre les ouvriers et l’air.2. La caméra thermique est sensible à l’énergie ther-mique. Elle fournit une image colorée telle que chaque plage de température est repérée par une couleur. L’échelle de température est repérée sur le côté de l’image. On voit que les zones rouges correspondent aux températures les plus élevées. Il y a un transfert d’énergie thermique quand deux objets côte à côte ont des températures diff érentes.3. Les zones rouges de l’immeuble correspondent donc à des températures élevées qui montrent un transfert d’énergie thermique depuis l’immeuble vers le milieu extérieur. Ce sont donc les ponts thermiques.

34 À chacun son rythme – STEP• Corrigé de l’énoncé détaillé1. Les pompes fournissent de l’énergie cinétique à l’eau pour l’amener au niveau supérieur.2. L’eau immobile dans le bassin supérieur possède de l’énergie potentielle de position.3. Lors de la production d’énergie électrique, l’énergie cinétique de l’eau est transférée à l’alternateur.4. Une STEP permet de stocker de l’énergie sous forme d’énergie potentielle de l’eau et de pouvoir convertir cette énergie en énergie électrique si besoin.

• Corrigé de l’énoncé compactQuestion posée : Quel est l’intérêt d’une STEP ?

1re étape : Bien comprendre la question posée1. Qu’est-ce qu’une STEP ? 2. Quel intérêt une STEP peut-elle présenter ?

2e étape : Lire et comprendre les documents1. Une STEP est un dispositif constitué d’une centrale hydroélectrique et de bassins situés en hauteur (doc. 1).2. L’électricité ne se stocke pas. (Introduction de l’exercice)Lorsque la demande d’électricité est faible, l’électricité produite par les centrales thermiques ou nucléaires fait fonctionner des pompes de la STEP qui remontent de l’eau dans des bassins situés en hauteurs. Cela commu-nique à l’eau de l’énergie cinétique convertie en énergie potentielle de position lorsque l’eau s’élève.Lorsque la demande est forte, cette eau redescend, son énergie cinétique est alors utilisée pour produire de l’énergie électrique (doc. 1).

Tâche complexe

3e étape : Dégager la problématiqueOn demande de trouver l’intérêt que présente une STEP.

4e étape : Construire la réponseL’énergie électrique ne se stocke pas.Lorsque la demande d’électricité est faible, la nuit par exemple, l’électricité produite en surplus dans les centrales thermiques ou nucléaires permet de remplir, grâce à des pompes, des bassins situés en hauteur et reliés à une centrale hydraulique (doc. 1). Cela constitue un moyen de stockage d’énergie, l’énergie électrique étant alors convertie en énergie cinétique puis en énergie potentielle de position.Lorsque la demande d’électricité est forte, l’eau permet de faire tourner un alternateur et de produire de l’élec-tricité (doc. 1).L’intérêt d’une STEP est la possibilité de stocker, après conversion, l’excédent d’énergie électrique pouvant être produit lorsque la demande d’énergie électrique est faible.

5e étape : Rédiger la réponse en trois paragraphes• Présenter le contexte et introduire la problè- matique.On cherche l’intérêt que présente une STEP.• Mettre en forme la réponse.Une STEP permet de stocker l’excédent d’énergie élec-trique produit lorsque la demande est faible et de le restituer lorsque la demande est forte (doc. 1).L’énergie électrique ne se stockant pas, l’excédent est converti en énergie cinétique puis en énergie potentielle de position par des pompes qui remontent de l’eau dans un bassin situé en hauteur (doc. 1). Lorsque la demande d’électricité est forte, cette énergie potentielle de posi-tion est de nouveau convertie en énergie cinétique lorsque l’eau descend, puis en électrique par un alter-nateur (doc. 1).• Conclure et introduire, quand c’est possible, une part d’esprit critique.Une STEP est donc un moyen de stockage de l’énergie électrique.

Grille d’évaluation en fi n de module.

35 Analyser sa production

Une vidéo en accès libre pour les élèves montre des bateaux à aubes aux USA.

1. La combustion de la tablette d’alcool fournit de l’énergie lumineuse et de l’énergie thermique.2.

Couverclesous boîte


Énergie chimique de l’alcool

Énergie thermiquede l’air

p. 112 et 113 du manuel

Se perfectionner

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Module 6 111

EXERCICES

3. Le transfert d’énergie thermique de l’air vers l’eau permet le changement d’état (vaporisation) de l’eau dans la boîte.4.

Boîte


Énergie thermique de la vapeur d’eau

Énergie cinétiquedu bateau

36 Comprendre le vocabulaire« Il est sans énergie à la fi n de la journée » signifi e que la personne est fatiguée des eff orts eff ectués pendant la journée.« Ils résistèrent avec l’énergie du désespoir » signifi e que les soldats combattirent vaillamment, mettant toutes leurs forces dans la bataille, car ils n’avaient rien à perdre.« Ce chef d’état est un homme puissant » signifi e que ses actions et ses décisions ont une infl uence impor-tante sur les autres pays.

37 Pour aller plus loin 1. L’énergie thermique du Soleil est transférée à l’eau liquide de l’océan qui s’échauffe puis se vaporise. Ensuite, elle se liquéfi e dans les nuages et tombe sur le sol lors des précipitations. Cette eau liquide ruisselle vers les lacs et fl euves avant de retourner à l’océan.2. On parle de cycle de l’eau car l’eau part de l’océan puis y retourne. C’est une boucle.3. Une source hydraulique comme l’eau d’un barrage ne peut exister que grâce au cycle de l’eau qui, avec les précipitations, permet de remplir le barrage. De même, la source biomasse ne peut exister que s’il y a des végétaux. Or les végétaux ont besoin d’eau et d’énergie solaire pour pousser. En conclusion, la source biomasse existe grâce à l’énergie solaire.

COMPLÉMENT

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Thème 3112

Grille d’évaluation par compétence d’une tâche complexe

27 Descente en VTT


Domaines du socle

MI MF MS TBM CompétencesCapacités attendues

Critères de réussite permettant d’attribuer le niveau de maîtrise « TBM »

D1.1 Langue française à l’oral et à l’écrit

Pratiquer des langages.

Lire et comprendre des documents.

L’élève a su trouver les informations perti-nentes lui permettant de répondre aux questions qu’il a posées dans la première étape.Par exemple :Donnée : Lors d’un freinage, le liquide de frein appuie sur des plaquettes.Celles-ci frottent contre des disques reliés à la roue.Doc. 1 : Les freins ont chauffé, le liquide s’est mis à bouillir et le vélo ne freinait plus.Doc. 1 : La descente est rapide, le cycliste possède de l’énergie cinétique.Doc. 1 et donnée : Il y a eu conversion d’énergie cinétique en énergie thermique.

D4Les systèmes naturels et les systèmes techniques

Pratiquer des démarches scientifiques.

Identifier des questions de nature scientifique.

Le problème est formulé en termes scientifiques.Par exemple :Préciser pourquoi la conversion d’énergie cinétique en énergie thermique n’a plus permis de faire fonctionner les freins.

Mettre en œuvre des démarches propres aux sciences.

La stratégie est détaillée et correcte. L’élève doit discuter la valeur et revenir sur la problématique.Par exemple :• Identifier la conversion d’énergie effec-tuée pendant le freinage.• Repérer quel problème cause le transfert d’énergie entre les plaquettes de freins et le liquide de frein.• Justifier le changement d’état du liquide.• Justifier que le changement d’état du liquide de frein empêche le freinage. • Conclure en revenant sur la problèmatique.

D1.3 Langages mathématiques scientifiques et informatiques


Passer d’une forme de langage scientifique à une autre.

Les informations issues des documents sont interprétées correctement.



Utiliser la langue française en cultivant précision, richesse de vocabulaire et syntaxe pour rendre compte des observations, expériences, hypothèses et conclusions.

La consigne est reformulée dans un langage scientifique. Les phrases sont concises ; il n’y a pas de paraphrase des documents ; les connecteurs logiques sont correctement employés.Le vocabulaire employé est adapté, rigoureux et scientifique.Les documents sont cités pour appuyer l’argumentaire.

Fichier modifi able disponible dans le manuel numérique.

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Module 6 113

Grille d’évaluation par compétence d’une tâche complexe

34 À chacun son rythme – STEP


Domaines du socle

MI MF MS TBM CompétencesCapacités attendues

Critères de réussite permettant d’attribuer le niveau de maîtrise « TBM »



Lire et comprendre des documents.

L’élève a su trouver les informations perti-nentes lui permettant de répondre aux questions qu’il a posées dans la première étape.Par exemple : Introduction : L’électricité ne se stocke pas.Doc. 1 : Une STEP est un dispositif constitué d’une centrale hydroélectrique et de bassins situés en hauteur.Doc 1 : Lorsque la demande d’électricité est faible, l’électricité produite par les centrales thermiques ou nucléaires fait fonctionner des pompes de la STEP qui remontent de l’eau dans des bassins situés en hauteurs. Cela communique à l’eau de l’énergie cinétique convertie en énergie potentielle de position lorsque l’eau s’élève.Lorsque la demande est forte, cette eau redescend, son énergie cinétique est alors utilisée pour produire de l’énergie électrique.

D4Les systèmes naturels et les systèmes techniques

Pratiquer des démarches scientifiques.

Identifier des questions de nature scientifique.

Le problème est formulé en termes scientifiques.Par exemple :On demande de trouver l’intérêt que présente une STEP.

Mettre en œuvre des démarches propres aux sciences.

La stratégie est détaillée et correcte.Par exemple :• Présenter l’impossibilité de stockage de l’énergie électrique.• Présenter la conversion d’énergie élec-trique en énergie potentielle de position lorsque la demande d’énergie électrique est faible, et le stockage d’énergie alors possible.• Présenter la conversion d’énergie poten-tielle de position en énergie électrique lorsque la demande d’énergie électrique est forte.• Conclure en revenant sur la problématique.

D1.3 Langages mathématiques scientifiques et informatiques


Passer d’une forme de langage scientifique à une autre.

Les informations de l’introduction et du document sont converties en informations scientifiques.Lecture du schéma.



Utiliser la langue française en cultivant précision, richesse de vocabulaire et syntaxe pour rendre compte des observations, expériences, hypothèses et conclusions.

La consigne est reformulée dans un langage scientifique. Les phrases sont concises ; il n’y a pas de paraphrase des documents ; les connecteurs logiques sont correctement employés.Le vocabulaire employé est adapté, rigoureux et scientifique.Les documents sont cités pour appuyer l’argumentaire.Le résultat revient sur la problématique.

Fichier modifi able disponible dans le manuel numérique.

Documents

E 6 L’énergie - biblio-educadhoc.hachette-livre.frbiblio-educadhoc.hachette-livre.fr/extracts/extrait/9782017030898/... · – Livre du professeur 98 Thème 3 6 L’énergie Programme