L'énergie et ses conversions
Formes et sources d'énergie, chaînes énergétiques, conservation de l'énergie et unité (joule).
1. Formes et sources d'énergie
Définition · Formes d'énergie
L'énergie existe sous différentes formes : cinétique (de mouvement), électrique, thermique, lumineuse, chimique, nucléaire, de position.
Définition · Sources
Les sources renouvelables se reconstituent rapidement (Soleil, vent, eau, biomasse, géothermie). Les sources non renouvelables s'épuisent (pétrole, gaz, charbon, uranium).
2. Convertisseurs et chaînes énergétiques
Définition · Convertisseur
Un convertisseur reçoit de l'énergie sous une forme et la restitue sous une ou plusieurs autres formes.
3. Conservation de l'énergie
Propriété
L'énergie ne se crée pas et ne disparaît pas : elle se conserve. L'énergie reçue par un convertisseur est égale à la somme des énergies qu'il fournit (utile + perdue).
Définition · Unité
L'énergie se mesure en joules (J). Pour l'électricité, on utilise aussi le kilowattheure : $1$ kWh $= 3\,600\,000$ J.
Exemple
Une lampe reçoit $100$ J d'énergie électrique et fournit $20$ J d'énergie lumineuse : elle perd $100 - 20 = 80$ J sous forme thermique.
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Exercices corrigés
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Formes d'énergie
★☆☆Quelle forme d'énergie est associée à : un ballon qui roule ; un radiateur chaud ; une batterie chargée ; un livre posé en haut d'une étagère ?
Renouvelable ou non ?
★☆☆Classer : gaz naturel, énergie solaire, uranium, bois, énergie des marées, charbon.
Chaîne d'un sèche-linge
★★☆Construire la chaîne énergétique d'un sèche-linge (tambour qui tourne et air chaud).
Bilan d'une lampe
★★☆Une lampe reçoit $500$ J d'énergie électrique et fournit $75$ J d'énergie lumineuse. Quelle énergie est perdue ? Sous quelle forme ?
LED ou incandescence
★★☆Une lampe LED fournit $40\,\%$ de l'énergie reçue en lumière, une lampe à incandescence $5\,\%$. Pour $1\,000$ J reçus, calculer l'énergie lumineuse de chacune.
Centrale hydraulique
★★☆Décrire la chaîne énergétique d'un barrage : l'eau tombe, fait tourner une turbine reliée à un alternateur.
Conversions en kWh
★★☆Convertir $7\,200\,000$ J en kWh, puis $0{,}5$ kWh en J.
Facture d'électricité
★★★Un foyer consomme $350$ kWh en un mois. Le kWh coûte $0{,}25$ €. Quel est le montant de la consommation ?
Le cycliste
★★☆D'où vient l'énergie qui fait avancer un cycliste ? Construire la chaîne énergétique.
Panneau solaire
★☆☆Quelle conversion réalise un panneau photovoltaïque ? Et un chauffe-eau solaire ?
Énergie de position
★★☆Une balle lâchée d'une certaine hauteur tombe de plus en plus vite. Quelle conversion d'énergie a lieu ?
Freinage
★★☆Quand une voiture freine, que devient son énergie cinétique ?
Pile et moteur
★★☆Construire la chaîne énergétique complète d'un jouet à pile avec moteur.
Rendement
★★★Un moteur reçoit $2\,000$ J et fournit $1\,500$ J d'énergie cinétique. Calculer la part utile en pourcentage.
Économiser l'énergie
★☆☆Citer trois gestes pour réduire sa consommation d'énergie.
Énergie nucléaire
★★☆Une centrale nucléaire est-elle une source d'énergie renouvelable ? Citer un avantage et un inconvénient.
Stockage
★★★Pourquoi le stockage de l'électricité produite par des éoliennes est-il un enjeu important ?
Énergie ou puissance ?
★★★Une bouilloire de $2\,000$ W fonctionne $3$ minutes. Sachant que l'énergie (en J) est le produit de la puissance (en W) par la durée (en s), calculer l'énergie consommée.
Chaîne à compléter
★★☆Compléter : énergie ……… $\rightarrow$ haut-parleur $\rightarrow$ énergie sonore + énergie ……… .
Transport et pertes
★★☆Pourquoi une partie de l'énergie électrique est-elle perdue dans les lignes à haute tension ?
Vrai ou faux
★★☆a) L'énergie peut être créée par une centrale. b) Le joule est l'unité d'énergie. c) Toute l'énergie reçue par une lampe est convertie en lumière.
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