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S7-21 ÉNERGIE p.
FICHE DESYNTHÈSE7 ÉNERGIE
L’énergie et sa conservationL’énergie est difficile à définir. Malgré tout, on sait que :• l’énergie peut prendre des formes différentes, on dit qu’elle se transforme ;• l’énergie peut être transférée d’un objet à un autre ; • l’énergie peut être stockée ;• l’énergie est une quantité mesurable.
Elle est régie par un principe de conservation
« L’énergie n’est ni créée, ni détruite ». L’énergie ne peut être que transférée d’un dispositif à un autre ou changée de forme dans un dispositif.
Modes de transfertLe transfert de l’énergie d’un composant à un autre ou au milieu environnant peut se faire selon l’un des quatre modes suivants : • transfert mécanique, noté TRméca
• transfert électrique, noté TRélec
• transfert thermique, noté TRtherm
• transfert par rayonnement de lumière, noté TRray
UN PEU D’HISTOIREC’est au 18e siècle que fut développée la machine à vapeur qui transforme la chaleur (énergie thermique) en travail (énergie mécanique).En 1765, James Watt améliore le système et dépose un brevet pour produire ses machines en quantité. Dès lors, la question de la transformation de différentes formes d’énergie et de leur équivalence sera un sujet d’étude et d’expérimentation.James Prescott Joule travaillera à trouver une équivalence entre l’énergie mécanique (mesurée en Joule) et la chaleur (mesurée à l’époque en calorie). Grâce à ses expérimentations, il obtiendra en 1845, le premier équivalent mécanique de la chaleur, soit 4,41 joules qui équivaut à une calorie (la valeur officielle est actuellement : 4,18 joules pour une calorie).C’est à cette période qu’il établira avec d’autres physiciens le premier principe de la thermodynamique : la conservation de l’énergie.
Toutes les formes d’énergie (mécanique, électrique, chimique,…) peuvent se transformer les unes dans les autres,
mais l’énergie totale reste constante.En 1905, Albert Einstein apportera la dernière pierre à l’édifice en montrant que la masse elle-même peut être considérée comme équivalente à de l’énergie :
E = m . c2
James Prescott Joule
L’appareil qui a permis à Joule de mesurer l’équivalent mécanique
de la chaleur
Pour aller plus loin...
S7-22 ÉNERGIE p.
FICHE DESYNTHÈSE7 ÉNERGIE
Comment reconnaître les modes de transfert de l’énergie ?On identifie les modes de transfert en observant ce qui se manifeste lors du transfert de l’énergie entre deux composants.
Ce qui se manifeste lors du transfert d'énergie entre les deux composants
Mode du transfert de l’énergie entre les deux composants
Mouvement résultant des forces exercées par l’un des composants sur l’autre
➡Transfert mécanique
(TRméca)Exemple : mouvement d’une hélice sous l’effet du vent
Manifestations d’un courant électrique
➡Transfert électrique
(TRélec)Exemple : moteur électrique en fonctionnement
Augmentation de la température de l’un des composants (ou du milieu environnant) par contact direct
➡Transfert thermique
(TRtherm)Exemple : cuillère chauffée par un thé chaud
Manifestations lumineuses
➡Transfert par
rayonnement de lumière (TRray)
Exemple : émission de lumière par un écran d’ordinateur
Dans la vie quotidienne, on utilise le terme « chauffer » pour désigner plusieurs types de transfert de l’énergie. «Chauffer» peut avoir lieu :
- par conduction, c’est-à-dire par propagation de l’agitation moléculaire entre deux corps en contact (ou deux parties d’un corps) à températures différentes. Exemple : le manche d’une cuillère devient chaud lorsqu’elle est plongée dans de l’eau chaude ;
- par convection, c’est-à-dire par le mouvement d’un fluide entre une région chaude et une région froide (sous l’effet d’une différence de masse volumique de ce fluide). Exemple : l’air chaud qui monte au-dessus d’un radiateur ;
- par rayonnement de lumière (en particulier, rayonnement infrarouge), c’est-à-dire par chauffage à distance sans nécessité d’un milieu matériel intermédiaire. Exemple : les rayons du soleil qui nous réchauffent.
Pour aller plus loin...
S7-23 ÉNERGIE p.
FICHE DESYNTHÈSE7 ÉNERGIE
Comment modéliser les transferts d’énergie d’un dispositif ?
Qu’est-ce qu’un modèle? Voir la définition dans l’aide-mémoire
Diagramme de fonctionnement On peut modéliser un dispositif par un diagramme en indiquant la fonction de chacun de ses composants vis-à-vis du composant suivant. Un composant du dispositif est représenté par un cercle avec son nom inscrit à l’intérieur.La fonction d’un composant sur un autre composant est désignée au moyen d’un verbe d’action qu’on écrit à côté d’une flèche qui relie les deux composants. Les verbes d’action suivants sont utilisés :
Très souvent, il y a des « fuites » d’énergie tout au long du dispositif, essentiellement sous forme de chaleur. Pour en rendre compte, on complète le diagramme de fonctionnement de la façon suivante :On désigne par le terme « milieu environnant », le voisinage du dispositif affecté par son fonctionnement.
Diagramme d’énergieComme la fonction de chaque composant d’un dispositif correspond à l’un des quatre modes de transfert de l’énergie, on peut remplacer le nom de chaque fonction par le nom du transfert d’énergie correspondant :• fait avancer, tourner,
monter, déforme, entraîne • alimente TRélec • chauffe TRtherm et TRray
• éclaire TRray Dans le cadre de ce modèle, les « fuites » évoquées précédemment sont interprétées
par des transferts inutiles d’énergie vers le milieu environnant. Les autres actions sont interprétées, elles, en termes de transferts utiles d’énergie.
L’énergie n’étant jamais perdue, il est plus pertinent de parler de fuites d’énergie que de pertes.
Nom du composant
Verbe d'action
Nom du composant
Verbe d'action
Nom du composant
Nom du composant
chauffe chauffe
Milieu environnant
fait tourner éclaire Gaz qui
brûle (réactifs et
produits)
Alterna-teur
chauffe Lampe
alimente
Turbine entraîne Milieu
environ-nant
Marmite à vapeur
chauffe Eau (liquide+vapeur)
éclaire
chauffe fait
tourner alimente entraîne
Marmite à vapeur
chauffe
chauffe chauffe chauffe éclaire chauffe
Turbine Eau
(liquide + vapeur)
Lampe Alterna-
teur
Gaz qui brûle
(réactifs et produits)
Milieu environnant
Eau (liquide + vapeur)
Alterna-teur
Lampe TRélec
3
Turbine Marmite à vapeur
TRméca
TRméca
TRtherm
TRtherm
TRtherm TRtherm
TRtherm
TRtherm
TRray
Gaz qui brûle
(réactifs et produits)
Milieu environnant
TRray
TRélec
TRméca
TRtherm
TRtherm
TRtherm
TRtherm
TRtherm
TRtherm
Eau (liquide + vapeur) relais
TRray
Marmite à vapeur
relais
TRméca
Alterna-teur
relais
Lampe relais
Milieu environnant réservoir
3
Turbine relais
Gaz qui brûle
réservoir
Nom du composant
Verbe d'action
Nom du composant
Verbe d'action
Nom du composant
Nom du composant
chauffe chauffe
Milieu environnant
fait tourner éclaire Gaz qui
brûle (réactifs et
produits)
Alterna-teur
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alimente
Turbine entraîne Milieu
environ-nant
Marmite à vapeur
chauffe Eau (liquide+vapeur)
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tourner alimente entraîne
Marmite à vapeur
chauffe
chauffe chauffe chauffe éclaire chauffe
Turbine Eau
(liquide + vapeur)
Lampe Alterna-
teur
Gaz qui brûle
(réactifs et produits)
Milieu environnant
Eau (liquide + vapeur)
Alterna-teur
Lampe TRélec
3
Turbine Marmite à vapeur
TRméca
TRméca
TRtherm
TRtherm
TRtherm TRtherm
TRtherm
TRtherm
TRray
Gaz qui brûle
(réactifs et produits)
Milieu environnant
TRray
TRélec
TRméca
TRtherm
TRtherm
TRtherm
TRtherm
TRtherm
TRtherm
Eau (liquide + vapeur) relais
TRray
Marmite à vapeur
relais
TRméca
Alterna-teur
relais
Lampe relais
Milieu environnant réservoir
3
Turbine relais
Gaz qui brûle
réservoir
TR … Nom du
composant Nom du
composant
TR …
TR …
Milieu environnant
entraîne fait avancer fait tourner fait monter déforme chauffe alimente éclaire
Etape 1
Etape 2
Etape 3
S7-24 ÉNERGIE p.
FICHE DESYNTHÈSE7 ÉNERGIE
Un exemple de dispositif: la centrale thermique Il est possible de faire briller une lampe en brûlant un gaz combustible :
Centrale à gaz de laboratoire et schéma d’un élève
En brûlant le gaz dans l’air, on chauffe la marmite à vapeur et l’eau qu’elle contient. Lorsque l’eau bout, elle se vaporise progressivement. On utilise cette vapeur pour faire tourner une turbine qui entraîne un alternateur et alimente électriquement la lampe.
Schéma d’une centrale à gaz
� euve
condenseur
vapeur
TURBINE
ALTERNATEUR
transformateur
combustible : gaz naturel, charbon, � oul
chaudière
S7-25 ÉNERGIE p.
FICHE DESYNTHÈSE7 ÉNERGIE
Modéliser le dispositif de la centrale thermique
Diagramme de fonctionnement
Etape 1
Nom du composant
Verbe d'action
Nom du composant
Verbe d'action
Nom du composant
Nom du composant
chauffe chauffe
Milieu environnant
fait tourner éclaire Gaz qui
brûle (réactifs et
produits)
Alterna-teur
chauffe Lampe
alimente
Turbine entraîne Milieu
environ-nant
Marmite à vapeur
chauffe Eau (liquide+vapeur)
éclaire
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tourner alimente entraîne
Marmite à vapeur
chauffe
chauffe chauffe chauffe éclaire chauffe
Turbine Eau
(liquide + vapeur)
Lampe Alterna-
teur
Gaz qui brûle
(réactifs et produits)
Milieu environnant
Eau (liquide + vapeur)
Alterna-teur
Lampe TRélec
3
Turbine Marmite à vapeur
TRméca
TRméca
TRtherm
TRtherm
TRtherm TRtherm
TRtherm
TRtherm
TRray
Gaz qui brûle
(réactifs et produits)
Milieu environnant
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TRélec
TRméca
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TRtherm
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TRtherm
TRtherm
Eau (liquide + vapeur) relais
TRray
Marmite à vapeur
relais
TRméca
Alterna-teur
relais
Lampe relais
Milieu environnant réservoir
3
Turbine relais
Gaz qui brûle
réservoir
Ce dispositif est très peu efficace : il chauffe le milieu environnant plus qu’il ne l’éclaire et la flamme du brûleur éclaire davantage que la lampe qu’il fait fonctionner. Cela s’explique par des « fuites » d’énergie, essentiellement sous forme d’énergie thermique, tout au long du dispositif. Pour en rendre compte, on complète le diagramme de fonctionnement de la façon suivante :Etape 2
Nom du composant
Verbe d'action
Nom du composant
Verbe d'action
Nom du composant
Nom du composant
chauffe chauffe
Milieu environnant
fait tourner éclaire Gaz qui
brûle (réactifs et
produits)
Alterna-teur
chauffe Lampe
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Turbine entraîne Milieu
environ-nant
Marmite à vapeur
chauffe Eau (liquide+vapeur)
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tourner alimente entraîne
Marmite à vapeur
chauffe
chauffe chauffe chauffe éclaire chauffe
Turbine Eau
(liquide + vapeur)
Lampe Alterna-
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Gaz qui brûle
(réactifs et produits)
Milieu environnant
Eau (liquide + vapeur)
Alterna-teur
Lampe TRélec
3
Turbine Marmite à vapeur
TRméca
TRméca
TRtherm
TRtherm
TRtherm TRtherm
TRtherm
TRtherm
TRray
Gaz qui brûle
(réactifs et produits)
Milieu environnant
TRray
TRélec
TRméca
TRtherm
TRtherm
TRtherm
TRtherm
TRtherm
TRtherm
Eau (liquide + vapeur) relais
TRray
Marmite à vapeur
relais
TRméca
Alterna-teur
relais
Lampe relais
Milieu environnant réservoir
3
Turbine relais
Gaz qui brûle
réservoir
Diagramme d’énergieEn remplaçant les verbes par les noms des transferts, on obtient le diagramme d’énergie :Etape 3
Nom du composant
Verbe d'action
Nom du composant
Verbe d'action
Nom du composant
Nom du composant
chauffe chauffe
Milieu environnant
fait tourner éclaire Gaz qui
brûle (réactifs et
produits)
Alterna-teur
chauffe Lampe
alimente
Turbine entraîne Milieu
environ-nant
Marmite à vapeur
chauffe Eau (liquide+vapeur)
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tourner alimente entraîne
Marmite à vapeur
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chauffe chauffe chauffe éclaire chauffe
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(liquide + vapeur)
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Gaz qui brûle
(réactifs et produits)
Milieu environnant
Eau (liquide + vapeur)
Alterna-teur
Lampe TRélec
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Turbine Marmite à vapeur
TRméca
TRméca
TRtherm
TRtherm
TRtherm TRtherm
TRtherm
TRtherm
TRray
Gaz qui brûle
(réactifs et produits)
Milieu environnant
TRray
TRélec
TRméca
TRtherm
TRtherm
TRtherm
TRtherm
TRtherm
TRtherm
Eau (liquide + vapeur) relais
TRray
Marmite à vapeur
relais
TRméca
Alterna-teur
relais
Lampe relais
Milieu environnant réservoir
3
Turbine relais
Gaz qui brûle
réservoir
S7-26 ÉNERGIE p.
FICHE DESYNTHÈSE7 ÉNERGIE
Réservoir et relaisLa fonction de réservoir est attribuée aux composants qui stockent ou déstockent de l’énergie de telle sorte que l’énergie qu’ils contiennent varie au cours du temps. La fonction de relais est attribuée aux composants dont l’énergie contenue ne varie pas en régime permanent (elle a été stockée dans le dispositif lors de la mise en marche ; elle sera déstockée lors de son arrêt). Le rôle d’un relais est d’assurer les transferts d’énergie dans le dispositif en cédant, au fur et à mesure, toute l’énergie qu’il reçoit. Exemple de la centrale thermique :
TRélec
TRméca
TRtherm
TRtherm
TRtherm
TRtherm
TRtherm
TRtherm
Eau (liquide + vapeur) relais
TRray
Marmite à vapeur
relais
TRméca
Alterna-teur
relais
Lampe relais
Milieu environnant réservoir
3 Turbine
relais
Gaz qui brûle
réservoir
TRray
Comment choisir les éléments pertinents d’un diagramme d’énergie ?Pour modéliser le fonctionnement d’un dispositif par un diagramme d’énergie, on dispose d’une certaine liberté de choix au niveau des composants et de leurs regroupements éventuels. Un composant n’est probablement pas pertinent : • si la quantité d’énergie qu’il contient est minime ; • si, de plus, les modes de transfert de l’énergie à l’entrée et à la sortie sont
identiques ;• si les fuites qu’il occasionne dans le milieu environnant sont négligeables.Il est souvent pertinent de réunir plusieurs composants du dispositif en un seul élément de la chaîne pour pouvoir l’analyser le plus simplement possible.
Exemple Le dispositif qui permet à la prise électrique de transférer de l’énergie à un appareil électrique est modélisé par le diagramme suivant :
Secteur
1) Barrage 2) Eolienne 3) Centrale nucléaire
Turbine TRméca
TRélec
1) Eau
2) Vent 3) Uranium 4) …
Réseau de distribution (dont la prise
fait partie)
Alternateur TRméca TRélec
TRtherm
Fission des
atomes d’uranium
TRtherm TRméca
Eau
TRméca
TRtherm
TRélec
TRtherm
Réseau
Milieu environnant
Turbine
Alterna-
teur
Soleil Réseaux domesti-que et
publique
TRray
Panneau photovol-
taïque
TRélec
TRtherm TRtherm
Milieu environnant
TRtherm
TRtherm
Eau dans le ballon
de stockage
Panneau solaire
thermique
TRtherm
TRtherm TRtherm TRtherm
Soleil Fluide dans le circuit
primaire
Milieu environnant
TRméca TRméca Alterna-
teur Les
pales de l’hélice
TRméca
TRtherm
Masse d’air en mouve-ment
Multipli-cateur
Milieu environnant
TRtherm
TRtherm
Combus-tion du
combus-tible
TRtherm TRméca
Eau
TRméca
TRtherm
TRélec
TRtherm
Réseau
Milieu environnant
Turbine
Alterna-
teur
On désigne par le terme « secteur » les quatre éléments de cette chaîne et on modélise le secteur de la manière suivante :
Secteur
1) Barrage 2) Eolienne 3) Centrale nucléaire
Turbine TRméca
TRélec
1) Eau
2) Vent 3) Uranium 4) …
Réseau de distribution (dont la prise
fait partie)
Alternateur TRméca TRélec
TRtherm
Fission des
atomes d’uranium
TRtherm TRméca
Eau
TRméca
TRtherm
TRélec
TRtherm
Réseau
Milieu environnant
Turbine
Alterna-
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Soleil Réseaux domesti-que et
publique
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Panneau photovol-
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TRtherm TRtherm
Milieu environnant
TRtherm
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Eau dans le ballon
de stockage
Panneau solaire
thermique
TRtherm
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Soleil Fluide dans le circuit
primaire
Milieu environnant
TRméca TRméca Alterna-
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pales de l’hélice
TRméca
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Masse d’air en mouve-ment
Multipli-cateur
Milieu environnant
TRtherm
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TRélec
TRtherm
Réseau
Milieu environnant
Turbine
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teur
S7-27 ÉNERGIE p.
FICHE DESYNTHÈSE7 ÉNERGIE
Les différentes sources d’énergie
Le rayonnement solaire
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S7-28 ÉNERGIE p.
FICHE DESYNTHÈSE7 ÉNERGIE
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Le combustible nucléaire
S7-29 ÉNERGIE p.
FICHE DESYNTHÈSE7 ÉNERGIE
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S7-30 ÉNERGIE p.
FICHE DESYNTHÈSE7 ÉNERGIE
Le combustible fossile
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S7-31 ÉNERGIE p.
FICHE DESYNTHÈSE7 ÉNERGIE
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S7-32 ÉNERGIE p.
FICHE DESYNTHÈSE7 ÉNERGIE
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S7-33 ÉNERGIE p.
FICHE DESYNTHÈSE7 ÉNERGIE
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S7-34 ÉNERGIE p.
FICHE DESYNTHÈSE7 ÉNERGIE
Formes sous lesquelles l’énergie est stockéeL’étude de différents dispositifs d’allumage d’une lampe permet de définir les différentes formes sous lesquelles l’énergie peut être stockée.
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S7-35 ÉNERGIE p.
FICHE DESYNTHÈSE7 ÉNERGIE
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S7-36 ÉNERGIE p.
FICHE DESYNTHÈSE7 ÉNERGIE
Quantification de l’énergie
Cas des transferts électriques
L’énergie transférée chaque seconde est, par définition, la puissance P du transfert de l’énergie. P =
tE
avec E : énergie transférée en joules, J t : durée du transfert en secondes, s P : puissance du transfert en watts, W (un watt équivaut à un joule
transféré chaque seconde)En conséquence, la quantité d’énergie transférée pendant le temps t peut être calculée à l’aide de la formule suivante : E = P . t
UnitésL’unité internationale d’énergie est le joule. Cette unité est très petite. Par exemple, un carré de chocolat au lait (7 grammes) contient environ 160 000 joules !
D’autres unités sont également utilisées : • 1 kilowattheure, kWh, est l’énergie transformée en une heure par un appareil fonctionnant à une puissance de
1000 watts (un sèche-cheveux, par exemple). 1 kilowattheure = 3 600 000 joules
• 1 calorie, cal, correspond à l’énergie thermique transférée lorsqu’on élève d’un degré Celsius la température d’un gramme d’eau.
1 calorie = 4,18 joules
Pour aller plus loin...
Cas des transferts thermiquesTempérature et agitation des molécules
La température d’un solide, d’un liquide ou d’un gaz correspond à l’agitation moyenne de ses molécules. Son unité est le degré Celsius (°C).
Plus la température d’un corps est élevée, plus l’agitation moyenne des molécules est grande et plus les chocs entre les molécules sont fréquents et violents.
Sur les figures ci-contre,chaque flèche indique la vitesse de la molécule
Température basse Température élevée
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S7-37 ÉNERGIE p.
FICHE DESYNTHÈSE7 ÉNERGIE
Principe d’égalisation des températures, transfert d’énergie thermiqueLorsque deux corps sont mis en contact, leurs températures s’égalisent après un temps plus ou moins long. Le corps le plus froid se réchauffe (sa température augmente) et le corps le plus chaud se refroidit (sa température baisse). De l’énergie thermique est transférée du corps le plus chaud au corps le plus froid. Lorsque la température des deux corps est la même, le transfert cesse.Exemple Lorsque nous touchons un objet dont la température est plus basse que celle de notre main, de l’énergie thermique est transférée de notre main à l’objet. L’objet se réchauffe, la main se refroidit, et nous éprouvons une sensation de froid.
Comment calculer le transfert d’énergie thermique ?L’énergie nécessaire pour chauffer un objet ou le contenu d’un récipient dépend de plusieurs facteurs :
• de la quantité de matière chauffée, donc de la masse m ;• de la nature de la matière exprimée par sa chaleur massique c ;• de la différence de température Tfinale-Tinitiale
Chaleur massiqueToutes les matières n’ont pas la même capacité à stocker de l’énergie sous forme thermique. Cette propriété - propre à chaque matière - s’appelle la chaleur massique. Elle correspond à l’énergie qu’il faut transférer à un kilogramme de matière pour élever sa température d’un degré Celsius.On trouve les valeurs des chaleurs massiques des matières courantes dans les tables. La formule qui permet de calculer la quantité d’énergie transférée lors du changement de température d’un objet est donc la suivante :
Etherm = m . c . (Tfinale - Tinitiale)
avec Etherm : énergie thermique transférée, J
m : masse de substance, kg
c : chaleur massique de la substance,
CkgJ. °
Tinitiale : température au début du chauffage, °C
Tfinale : température à la fin du chauffage, °C
ExempleLa quantité d’énergie nécessaire à chauffer 3 kilogrammes de fer de 20°C à 300°C est :
Etherm = 3 . 440 . (300 - 20) = 369 600 J
S7-38 ÉNERGIE p.
FICHE DESYNTHÈSE7 ÉNERGIE
Qualité de l’énergie, rendement, prix et impact sur l’environnementPour fonctionner et effectuer une certaine tâche, un dispositif reçoit de l’énergie (TRreçu). Il transforme cette énergie et la transfère sous deux formes : − l’énergie utile qui permet de faire la tâche souhaitée (TRutile) ;− l’énergie inutile pour effectuer la tâche souhaitée qui est transférée au milieu
environnant (TRinutile).
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TRtherm
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Milieu environnant
TRtherm
Dispositif TRreçu TRutile
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Le principe de conservation de l’énergie impose que Ereçue = Eutile + Einutile
Qualité de l’énergieL’énergie thermique est une énergie de qualité inférieure aux autres formes d’énergie. On dit que l’énergie thermique est dégradée.La qualité de l’énergie thermique dépend de la température : elle est d’autant plus basse, que la température est faible.Exemple Le bâteau « Simplon » (construit entre 1915 et 1920) naviguant sur le lac Léman est propulsé par un moteur à vapeur : du pétrole est brûlé pour obtenir de la vapeur d’eau très chaude. Ce type de moteur n’est pas très performant, car les fuites thermiques vers le milieu environnant sont importantes.La quantité d’énergie stockée dans l’eau du lac (même lorsque l’eau est froide) est gigantesque ! On pourrait donc penser pouvoir faire avancer le bateau en puisant de l’énergie thermique dans ce réservoir ; hors comme l’énergie thermique est d’autant plus dégradée que sa température est basse, il n’est pas possible de faire fonctionner un moteur à vapeur avec de l’eau froide.
Impact sur l’environnementL’impact sur l’environnement d’un dispositif est proportionnel aux transferts inutiles de l’énergie produits par son utilisation.
S7-39 ÉNERGIE p.
FICHE DESYNTHÈSE7 ÉNERGIE
RendementPour mesurer la qualité des transferts d’énergie dans un dispositif, on peut calculer son rendement. Le rendement d’un dispositif est défini comme le rapport de l’énergie utile transférée sur l’énergie reçue par le dispositif :
Un rendement n’a pas d’unité. On l’exprime en général en %. Il est obligatoirement inférieur à 100%, car l’énergie utile transférée est toujours plus petite que l’énergie reçue en raison des fuites vers le milieu environnant. Des exemples de rendement de dispositifs de la vie quotidienne sont présentés dans l’Aide-mémoire.Exemple Une lampe à filament est allumée. Elle reçoit de l’énergie électrique du secteur qu’elle transforme et transfert par rayonnement et sous forme thermique au milieu environnant. Seul le rayonnement est utile à l’utilisateur.
TRtherm
Secteur
Lampe
TRélec Milieu environ-
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Le rendement s’écrit dans ce cas : η = élec
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EE et vaut environ 0,03 = 3%
Les lampes à filament ont été interdites à la vente en Suisse, car leur rendement était de 3% environ, ce qui signifie que 3% de l’énergie électrique reçue par la lampe sert effectivement à éclairer (Eray). Les 97% de l’énergie restants chauffent (Etherm) inutilement le milieu environnant. Ces lampes étaient donc d’excellents chauffages, mais de piètres dispositifs d’éclairage ! Il vaut mieux utiliser une lampe économique ou, encore mieux, une lampe à LED dont les rendements sont bien supérieurs.
Prix de l’énergieL’énergie a un coût, c’est-à-dire que chacun d’entre nous paie pour l’utilisation d’une source d’énergie. Dans le cas de la lampe ci-dessus, cela signifie que pour chaque franc payé, seuls 3 centimes correspondent au prix de la lumière produite. Les 97 centimes restants sont payés pour chauffer inutilement le milieu environnant !
En résumé :Conformément au principe de conservation, l’énergie est toujours conservée en quantité. Comme l’utilisation d’une énergie implique toujours des fuites thermiques vers le milieu environnant, la qualité de l’énergie diminue.Les problèmes énergétiques de notre société sont donc toujours à interpréter en termes de dégradation de la qualité et conservation de la quantité d’énergie.
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