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Quatrième · Physique-Chimie · Chapitre 6

L'énergie : sources, formes, conversions et puissance

Ce que tu sauras faire

  • Distinguer une source d'énergie d'une forme d'énergie, et classer les sources en renouvelables et non renouvelables.
  • Identifier les formes d'énergie (cinétique, potentielle, thermique, électrique, chimique, lumineuse) qui interviennent dans une situation de la vie courante.
  • Distinguer un transfert d'énergie (mécanique, électrique, thermique, par rayonnement) d'une conversion d'une forme en une autre.
  • Construire la chaîne d'énergie d'un objet (alimenter, distribuer, convertir, transmettre) et y repérer l'énergie utile et l'énergie dissipée.
  • Établir le bilan énergétique d'un système simple : ce qui entre, ce qui est converti, ce qui sort, utile ou dissipé.
  • Utiliser les relations E = P × t et P = U × I, et convertir entre joule, wattheure et kilowattheure pour calculer une consommation d'énergie électrique.
  • Identifier un dispositif dont le fonctionnement émet du dioxyde de carbone et proposer, chiffres à l'appui, des économies d'énergie.

Au programme du chapitre

  1. L'énergie : un mot courant, une grandeur mesurable
  2. Les formes d'énergie
  3. Les sources d'énergie
  4. Transferts et conversions
  5. La chaîne d'énergie
  6. Le bilan énergétique d'un système
  7. Puissance, énergie et durée
  8. La consommation d'énergie électrique : compteur et facture
  9. Émission de CO₂ et économies d'énergie

Exercices corrigés

Exercice 1

Un inventeur annonce qu'il a construit un moteur électrique « sans aucune énergie dissipée » : tout ce qu'il reçoit serait converti en mouvement. Que peut-on lui répondre ?
Un coup de pouce
Un moteur qui a tourné longtemps est chaud : d'où vient cette chaleur, et que devient-elle ensuite ?
Voir la correction pas à pas
On peut lui répondre qu'un moteur réel dissipe toujours de l'énergie. Il a des frottements dans ses pièces qui tournent, et les fils qui conduisent le courant s'échauffent : dans un moteur en marche, on constate qu'il chauffe. Cette énergie thermique est transférée à l'air environnant et ne peut pas être récupérée facilement. Ce n'est pas une destruction d'énergie : le bilan reste juste, avec énergie reçue = énergie utile + énergie dissipée. Mais il est toujours faux de supposer que la part dissipée est nulle : une chaîne d'énergie sans flèche de chaleur est presque toujours une chaîne fausse.

Exercice 2

En hiver, quelqu'un dit : « Ferme la fenêtre, le froid entre dans la pièce ! » Du point de vue du physicien, que se passe-t-il vraiment ? Comment corrigerais-tu cette phrase ?
Un coup de pouce
Dans quel sens se fait toujours un transfert thermique spontané ?
Voir la correction pas à pas
Le froid n'est pas une substance qui entrerait dans la pièce : c'est l'énergie thermique qui circule, et le transfert thermique se fait toujours du corps le plus chaud vers le plus froid. Fenêtre ouverte, l'air chaud de la pièce sort vers l'extérieur et de l'énergie thermique quitte le logement ; l'air froid qui entre prend de l'énergie à la pièce. La phrase correcte est : « Ferme la fenêtre, la chaleur sort de la pièce. » Isoler un logement, c'est ralentir ce transfert.

Les pièges à éviter

  • Croire que l'électricité est une source d'énergie, comme le vent ou le charbon.
  • Penser que « renouvelable » veut dire disponible à volonté et sans aucun impact sur l'environnement.
  • Confondre un transfert d'énergie et une conversion d'énergie.
  • Dire que le froid « entre » dans la maison ou que le manteau « donne de la chaleur ».

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