Energie et rendement - 3e

Classe: 
Troisième

I. Définition de l'énergie

Un système possède de l'énergie quand il peut produire un travail.

N.B. 

L'énergie EE d'un système se mesure par le travail qu'il peut fournir.
 
E=WE=W

II. Unités d'énergie

L'unité internationale d'énergie est le joule JJ.

Remarques :

Certaines formes d'énergies sont quelquefois exprimées en des unités pratiques :
 
   Le kilowattheure kWh pour l'énergie électrique.
 
1kwh=103wh
 
1wh=1w×1h=1w×3600s
 
1wh=3600J.
 
   La calorie cal pour l'énergie calorifique (elle est en voie de disparition). 
 
1cal=4.18J.

III. Les formes d'énergies

III.1 L'énergie mécanique.

III.1.1 L'énergie cinétique.

L'énergie cinétique Ec est celle que le corps acquiert dans le mouvement. 
 
Cette énergie est fonction de la vitesse v et de la masse m du corps.
 
Ec=12mv2

III.1.2 L'énergie potentielle.

L'énergie potentielle Ep d'un système est celle qu'il possède à cause d'une contrainte. 
 
On distingue :
 
   L'énergie potentielle de pesanteur.
 
L'énergie potentielle de pesanteur est celle que possède un objet suspendu. 
 
Laissé à lui même cet objet effectue un travail par son poids. 
 
Elle est fonction de la hauteur.
 
Ep=Ph=mgh
 
   L'énergie potentielle élastique.
 
L'énergie potentielle élastique est l'énergie emmagasinée par un corps élastique contraint. 
 
Cette contrainte peut être une compression ou un étirement.

Conclusion :

L'énergie mécanique.
 
L'énergie mécanique Em d'un système est l'ensemble de son énergie cinétique Ec et de son énergie potentielle Ep.
 
Em=Ec+Ep.

III.2 L'énergie calorifique

L'énergie calorifique ou thermique est la chaleur que possède un système. 
 
Elle peut être entièrement ou partiellement transformée en chaleur.

III.3 L'énergie électrique

III.3.1 Aspect général.

L'énergie électrique d'un appareil est égale au produit de sa puissance électrique P par la durée de son fonctionnement. 
 
E=Pt(1)
 
La puissance P d'un appareil électrique est donnée par :
 
P=UI
 
L'égalité (1) peut s'écrire
 
E=UIt

III.3.2 L'effet - Joule

a) - Définition .

On appelle effet-Joule, le dégagement de chaleur qui accompagne toujours le passage du courant électrique dans un conducteur.

b) - Loi de Joule.

L'énergie électrique s'écrit E=W=UIt

 
Pour le conducteur ohmique parcouru par un courant électrique U=RI (d'après la loi d'ohm)
 
L'énergie calorifique, que le conducteur peut alors dégager, s'écrit :
 
E=W=RI2t

Énoncé de la loi de joule :

La quantité de chaleur dégagée dans un conducteur par le passage d'un courant électrique est :
 
proportionnelle au temps t de passage du courant.
 
proportionnelle au carré de l'intensité I du courant.
 
variable avec la résistance R du conducteur.
 
E=W=RI2t

c) - Applications de l'effet - Joule

L'effet - Joule a plusieurs applications pratiques dont la lampe à incandescence, le radiateur, le fusible, le thermoplongeur, le réchaud électrique...

III.4 L'énergie lumineuse.

L'énergie lumineuse est celle que transporte un faisceau de lumière.

III.5 L'énergie chimique.

Un système possède de l'énergie chimique lorsqu'il peut fournir un travail à partir d'une réaction chimique. 

Exemples : 

Le moteur à explosion, la cartouche de dynamite, le mélange tonnant.

IV. Transformations d'énergies

IV.1 Principe de la conservation de l'énergie.

L'énergie ne peut ni se perdre ni se créer ; elle se transforme : 
 
Toute énergie qui apparaît sous une forme est le résultat de la transformation d'une énergie équivalente sous une autre forme.

IV.2 Exemples de transformations.

IV.2.1 Énergie mécanique    Énergie électrique

   La rotation (énergie cinétique) d'une génératrice de vélo fournit du courant (énergie électrique)
 
   Branché sur le secteur (énergie électrique) le ventilateur tourne (énergie cinétique).

IV.2.2 Énergie calorifique    Énergie mécanique.

   Le fonctionnement de la machine à vapeurs (énergie calorique) a permit à d'anciens bateaux, trains... de se déplacer (énergie mécanique)
 
   Le frottement d'un brin d'allumette (énergie cinétique) enflamme ce dernier (énergie calorifique)

V. Rendement.

V.1 Fonctionnement d'une machine

Une machine, pour fonctionner, transforme une énergie d'entrée ou énergie reçue Ee en une autre forme d'énergie appelée énergie de sortie ou énergie utile Es.
 
L'usure inévitable de la machine rend toujours l'énergie de sortie inférieure à l'énergie d'entrée.
 
Ee=Es+Eu
 
 

V.2 Le rendement d'une machine.

On appelle rendement d'une machine le rapport de l'énergie de sortie Es sur l'énergie d'entrée Ee 
 
r=EsEe
 
Le rendement r est un nombre abstrait (sans unité)

N.B.

Le rendement d'une machine est toujours inférieur à l'unité à cause de l'énergie Eu consommée par l'usure qui peut être : 
 
les frottements des pièces mobiles, les échauffements dus aux frottements... 0<r<1.

Remarque :

L'énergie étant proportionnelle à la puissance, le rendement d'une machine est aussi égale au rapport de la puissance de sortie Ps sur la puissance d'entrée Pe
 
R=PsPe
 
Source: 
irempt.ucad.sn

Commentaires

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