⚛ Physique Cinquième · Chapitre 5

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.

VentcinétiqueÉolienneélectriqueLampelumineusethermiquethermique (pertes)
Chaîne énergétique : la source (cadre orange), les convertisseurs (cadres violets) et les formes d'énergie transférées (flèches).

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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1

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 ?

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2

Renouvelable ou non ?

★☆☆

Classer : gaz naturel, énergie solaire, uranium, bois, énergie des marées, charbon.

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3

Chaîne d'un sèche-linge

★★☆

Construire la chaîne énergétique d'un sèche-linge (tambour qui tourne et air chaud).

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4

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 ?

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5

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.

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6

Centrale hydraulique

★★☆

Décrire la chaîne énergétique d'un barrage : l'eau tombe, fait tourner une turbine reliée à un alternateur.

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7

Conversions en kWh

★★☆

Convertir $7\,200\,000$ J en kWh, puis $0{,}5$ kWh en J.

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8

Facture d'électricité

★★★

Un foyer consomme $350$ kWh en un mois. Le kWh coûte $0{,}25$ €. Quel est le montant de la consommation ?

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9

Le cycliste

★★☆

D'où vient l'énergie qui fait avancer un cycliste ? Construire la chaîne énergétique.

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10

Panneau solaire

★☆☆

Quelle conversion réalise un panneau photovoltaïque ? Et un chauffe-eau solaire ?

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11

Énergie de position

★★☆

Une balle lâchée d'une certaine hauteur tombe de plus en plus vite. Quelle conversion d'énergie a lieu ?

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12

Freinage

★★☆

Quand une voiture freine, que devient son énergie cinétique ?

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13

Pile et moteur

★★☆

Construire la chaîne énergétique complète d'un jouet à pile avec moteur.

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14

Rendement

★★★

Un moteur reçoit $2\,000$ J et fournit $1\,500$ J d'énergie cinétique. Calculer la part utile en pourcentage.

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15

Économiser l'énergie

★☆☆

Citer trois gestes pour réduire sa consommation d'énergie.

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16

Énergie nucléaire

★★☆

Une centrale nucléaire est-elle une source d'énergie renouvelable ? Citer un avantage et un inconvénient.

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17

Stockage

★★★

Pourquoi le stockage de l'électricité produite par des éoliennes est-il un enjeu important ?

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18

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.

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19

Chaîne à compléter

★★☆

Compléter : énergie ……… $\rightarrow$ haut-parleur $\rightarrow$ énergie sonore + énergie ……… .

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20

Transport et pertes

★★☆

Pourquoi une partie de l'énergie électrique est-elle perdue dans les lignes à haute tension ?

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21

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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