Troisième · Physique-Chimie · Chapitre 4
L'énergie et ses conversions
- formes d'énergie
- énergie cinétique et sécurité routière
- énergie de position
- chaînes énergétiques
- conservation, pertes et rendement
- joule, wattheure et kilowattheure
- sources et production d'électricité
Ce que tu sauras faire
- Citer les principales formes d'énergie et reconnaître celles qui interviennent dans une situation donnée.
- Calculer une énergie cinétique avec la relation , après avoir converti la vitesse en mètres par seconde.
- Expliquer, à partir de l'énergie cinétique, pourquoi la distance de freinage est multipliée par quatre quand la vitesse double.
- Utiliser l'énergie de position et comprendre sa conversion en énergie cinétique lors d'une chute ou d'une descente.
- Construire une chaîne énergétique en distinguant réservoirs, convertisseurs et transferts.
- Appliquer la conservation de l'énergie, identifier les pertes par transfert thermique et calculer un rendement.
- Convertir entre joule, wattheure et kilowattheure, et distinguer sources renouvelables et non renouvelables dans la production d'électricité.
Au programme du chapitre
- L'énergie, ses formes et son unité
- L'énergie cinétique
- Énergie cinétique et sécurité routière
- L'énergie de position et l'énergie mécanique
- Chaînes énergétiques : réservoirs, convertisseurs, transferts
- Conservation de l'énergie, pertes et rendement
- Joule, wattheure, kilowattheure et facture
- Sources d'énergie et production d'électricité
- Économiser l'énergie et isoler
Exercices corrigés
Exercice 1
Un camarade affirme : « Sur l'autoroute je roule à 130 km/h au lieu de 110 km/h : ce n'est qu'un peu plus de vitesse, donc un peu plus d'énergie. » Que lui réponds-tu, et quelle grandeur faut-il comparer ?
Un coup de pouce
Ne compare pas les vitesses entre elles, mais les carrés des vitesses : c'est le carré qui intervient dans la formule.
Voir la correction pas à pas
Il raisonne comme si l'énergie cinétique était proportionnelle à la vitesse, alors qu'elle dépend de son carré. La bonne comparaison ne porte pas sur les vitesses, mais sur , donc sur le rapport des carrés.
Le rapport des vitesses vaut . Le rapport des énergies vaut son carré, soit environ : il emporte près de 40 % d'énergie en plus, qu'il faudra entièrement dissiper pour s'arrêter. La distance de freinage augmente dans la même proportion. « Un peu plus de vitesse » n'est jamais « un peu plus d'énergie » : c'est toujours davantage.
Le rapport des vitesses vaut . Le rapport des énergies vaut son carré, soit environ : il emporte près de 40 % d'énergie en plus, qu'il faudra entièrement dissiper pour s'arrêter. La distance de freinage augmente dans la même proportion. « Un peu plus de vitesse » n'est jamais « un peu plus d'énergie » : c'est toujours davantage.
Exercice 2
Un inventeur présente une machine qui, dit-il, fournit 1200 J d'énergie électrique alors qu'elle n'en reçoit que 1000 J. Il ajoute qu'elle pourrait ainsi se réalimenter elle-même et tourner sans fin. Que penser de cette annonce ?
Un coup de pouce
Calcule le rendement annoncé et demande-toi entre quelles valeurs un rendement peut se situer.
Voir la correction pas à pas
Elle est impossible, et on peut le dire sans même examiner la machine. L'énergie ne se crée pas : pour tout convertisseur, , donc l'énergie utile est toujours inférieure à l'énergie reçue. Le rendement annoncé vaudrait , c'est-à-dire , ce qui n'a aucun sens.
Deux explications sont vraisemblables : soit la machine reçoit en réalité de l'énergie d'une source qu'on a oublié de compter, soit la mesure est fausse. Quant au mouvement perpétuel, il est exclu pour la même raison : une machine réelle perd toujours de l'énergie par transfert thermique, et finit donc par s'arrêter si rien ne l'alimente.
Deux explications sont vraisemblables : soit la machine reçoit en réalité de l'énergie d'une source qu'on a oublié de compter, soit la mesure est fausse. Quant au mouvement perpétuel, il est exclu pour la même raison : une machine réelle perd toujours de l'énergie par transfert thermique, et finit donc par s'arrêter si rien ne l'alimente.
Les pièges à éviter
- Utiliser une vitesse en km/h dans la formule de l'énergie cinétique.
- Croire que doubler la vitesse double l'énergie cinétique.
- Élever la masse au carré au lieu de la vitesse.
- Oublier le facteur un demi dans l'énergie cinétique.
Pour aller plus loin
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- L'énergie : sources, formes, conversions et puissance — Physique-Chimie, quatrième
- Conversions et transferts d'énergie — Physique-Chimie, seconde
- L'énergie : sources, formes, transferts et conversions — Physique-Chimie, cinquième
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