journée edd 28 mars 2012 lycée clément ader tournant en brie

Journée EDD 28 mars 2012 Lycée clément ADER Tournant en Brie

Samuel VIOLLIN IA-IPR STI Créteil

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Notions sur l’énergie

Journée EDD Clément ADER Tournant en Brie Notion sur l’énergie

Samuel VIOLLIN IA-IPR STI Journée EDD Lycée Clément ADER 28 mars 2012

L’énergie apparaît comme la capacité que possède un système à produire un effet sur son environnement, à en modifier une grandeur physique .

l’énergie, c’est quoi ?:

Lorsque l’on dit d’une personne qu’elle est énergique…on qualifie sa capacité à « faire bouger les choses », à agir sur son environnement. Cette définition reste valable en physique

L’unité pour quantifier l’énergie est le Joule

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l’énergie, c’est quoi ?:

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Il faut de l’énergie pour modifier une grandeur physique liée à un système

Par exemple, il faut de l’énergie pour :• modifier la température de l’eau dans une casserole,• modifier la vitesse d’un mobile,• modifier le courant dans un circuit électrique,• modifier l’aimantation dans un barreau de fer,• etc.

En fonction de la nature de la grandeur physique modifiée, on parle de différentes formes d’énergie.

C’est toujours la même unité, le Joule



Energie électrique : mesurée par une tension ou un courant

Energie mécanique: mesurée par une vitesse, une force, un couple

On qualifie la forme d’énergie en fonction de la grandeur physique modifiée

Forme d’énergie:

Energie magnétique: mesurée par le champ BEnergie thermique : mesurée par une température

Énergie rayonnante: mesurée par l’intensité de l’émission

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Energie mécanique

Energie électrique

MOTEURW1 W2

On peut passer d’une forme d’énergie à une autre forme d’énergie grâce à un

convertisseur , par exemple :

Convertir

Energie thermique

W3

W1=W2+W3L’énergie ne se perd pas. Elle se transforme



l’énergie, c’est quoi ?:La grandeur physique modifiée est un indicateur de l’énergie que possède un système

Mais pour quantifier l’énergie d’un système, il faut également tenir compte de ses propriétés intrinsèques

Pour l’air sec, il faut apporter une énergie de 1005 Joules pour modifier de 1 degré une masse de 1kg

Pour l’eau, il faut apporter une énergie de 4185 Joules pour modifier de 1 degré 1 kg d’eau

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Exemple de modification d’un état physique

Masse de la voiture 800 kgVitesse initiale nulle

Energie cinétique nulle

Masse du Camion 32 000 kgVitesse initiale nulleEnergie cinétique nulle

Apport d’énergieChangement d’état la vitesse augmente

Masse de la voiture 800 kgVitesse finale 10 m/s

Energie cinétique 40 kJ

Masse du Camion 32 000 kgVitesse finale 10 m/sEnergie cinétique finale 1600 kJ

L’énergie thermique générée par la combustion de l’essence est convertie en énergie cinétique par le moteur et en pertes sous forme de chaleur

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D’où vient l’énergie ?

On obtient l’énergie à partir de sources d’énergie primaire:

C’est l'ensemble des produits énergétiques non transformés. Ce sont d’une part :les produits fossiles comme le pétrole brut, les schistes bitumineux, le gaz naturel, les combustibles minéraux solides, et l'énergie tirée de la fission de l'uranium , et d’autre part :les sources d’énergie renouvelable comme la biomasse, le rayonnement solaire, l'énergie hydraulique, l'énergie du vent, la géothermie (à partir d’une proposition INSEE)

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BruleurSource d’énergie primaire

PétroleTransformer par

combustion

Énergie secondaire sous forme de chaleur

Alimentation du procédé

par injection

Joules

Pertes Déchets sous

forme de gaz et de suies et de chaleur

Source d’énergie primaire

kilogrammes

Après transformation de la Source

d’énergie primaire on obtient de l’énergie

secondaire en Joules

D’où vient l’énergie ?On obtient l’énergie à partir de transformations de sources d’énergie primaire:

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l’énergie: de la source à l’usage

Source d’Énergie primaire Énergie

secondaire Énergie finale

Convertisseur

Convertir

Source d’énergie PrimairePétrole Brut

Transformer

Pertes

Système de transformation

Transporter

Procédé

Utiliser l’énergie pour le procédé

Réseau

Pertes Pertes Pertes

Joules Joules Joules Matières Énergie utile

Pétrole

A chaque étape du procédé énergétique, il y a des pertes. Il faut en tenir compte dans la réflexion globale sur l’énergie

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Centrale thermique

Réseau électrique

bouilloire Obtention du thé



On dit de quelqu’un qu’il est puissant, s’il est capable de modifier RAPIDEMENT son environnement

Notion de puissance:

On retrouve cela pour les systèmes.On mesure la puissance d’un système par sa capacité à fournir rapidement de l’énergie.

Puissance =Variation d’énergie

Variation de tempsWatt seconde

Joule

Variation d’énergie =Puissance x Variation de temps Watt secondeJoule

L’énergie se mesure également en Watt.heure (égal à 3600 Joules) ou ses multiples, KW.h, MW.h, GW.h

Une tranche de centrale nucléaire à une puissance d’environ 1 GW10



La puissance d’un système

Masse de la voiture 800 kgVitesse initiale nulle

Energie cinétique nulle

Masse du Camion 32 000 kgVitesse initiale nulleEnergie cinétique nulle

Masse de la voiture 800 kgVitesse finale 10m/s

Energie cinétique 40 kJ

Masse du Camion 32 000 kgVitesse finale 10m/sEnergie cinétique finale 1600 kJ

Le camion et la voiture roule ensemble. Pendant le même temps le moteur du camion a apporté plus d’énergie, il est plus puissant.

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L’unité d’énergie est le Joule. Dans l’usage commun, des unités pratiques sont utilisées en rapport avec l’usage par exemple le kW.h Pour comparer l’énergie fournie par différentes sources d’énergie on les ramène souvent à l’énergie obtenue par la combustion d’une tonne de pétrole.On obtient une unité d’équivalence baptisée « tonne équivalent pétrole », la « tep »

Notion de TEP, tonne équivalent pétrole

Nature de combustible

Énergie dégagée par la combustion

d'une tonne,en Giga Joules

1 tonne de ce combustible vaut, en tonne équivalent pétrole (en tep)

Pétrole brut, gazole 42 1,000Essence 44 1,048Charbon 26 0,619

GPL 46 1,095

1 MW.h électrique d’origine géothermique = 0,860 tep

1 MW.h électrique d’origine nucléaire= 0,260 tep

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