Chapitre 6 : Conversions d’énergie

A savoir :

L'énergie est une grandeur assez abstraite et pourtant quand on en manque, on prend la mesure de son utilité  ! L'énergie peut être définie comme une grandeur physique qui indique la capacité d'un système à fournir du travail ou de la chaleur.

A) Formes d’énergie

Dans mon quotidien, j’utilise de très nombreuses formes d’énergie : 

_ Energie électrique (pour charger le téléphone...)

_ Energie de mouvement (pour me déplacer)

_ Energie thermique (pour me chauffer ou pour faire chauffer des aliments)

_ Energie chimique (pour m’alimenter)

_ Energie de rayonnement (pour m’éclairer ou lorsque j’utilise le micro-ondes)

B) Sources d’énergie

L'énergie provient de deux types de sources  :

_ les énergies dites «  renouvelables  » proviennent de sources qui se  régénèrent assez rapidement ou qui sont inépuisables à l'échelle humaine. Elles sont en quantité illimitée  : Soleil, le vent, l’eau en mouvement, la terre (dont la chaleur est utile en géothermie)…, la biomasse (déchets végétaux) ;

_ les énergies dites «  non renouvelables  » proviennent de sources qui se régénèrent très lentement à l'échelle humaine. C'est le cas de l'uranium, du pétrole, du charbon (ressources fossiles).

A savoir :

L’énergie se note E et son unité légale est le Joule (J).

Les unités usuelles sont le wattheure (Wh) : 1 Wh = 3,6 x 103 J

ainsi que le kilowattheure (kWh) : 1 kWh = 3,6 x 106 J

Exemple n°1 : Bilan énergétique d’une lampe 

La lampe reçoit de l’électricité et la convertit en chaleur et en lumière.

Exemple n°2 : Le sèche-cheveux 

Le sèche-cheveux convertit l’énergie électrique qu’il reçoit en chaleur (grâce à une résistance chauffante) et en énergie de mouvement, appelée énergie cinétique (grâce à la rotation du ventilateur qui permet d’expulser un courant d’air).

Lors des transformations de l’énergie, des pertes énergétiques sont inévitables (l’énergie est essentiellement dissipée sous forme de chaleur).

Pour savoir si un objet convertit l’énergie efficacement on calcule son rendement. Le rendement d’un convertisseur correspond au rapport entre l’énergie utile obtenue et l’énergie reçue par le système. C’est un nombre sans unité compris entre 0 et 1 mais il peut aussi s’exprimer sous forme de pourcentage (un rendement de 100 % étant idéal).

rendement = énergie utile / énergie reçue

On peut aussi écrire que E(reçue) = E(utile) + E(dissipée) 

Exemple de la lampe à incandescence : 

si E(électrique) = 100 J et E(lumineuse) = 10 J alors cela veut dire que la lampe reçoit 100 Joules d’énergie électrique et en convertit 10 Joules en énergie de rayonnement (ou lumineuse). Tout ce qui n’est pas convertit en énergie de rayonnement est perdu sous forme de chaleur, on dit que cette énergie est dissipée car on ne peut pas l’exploiter par la suite.

On en déduit que les pertes thermiques s’élèvent donc à 90 % :

E(reçue) = E(utile) + E(dissipée) -> E(dissipée) = E(reçue) - E(utile) 

-> E(thermique) = E(électrique) - E(lumineuse) = 100 J - 10 J = 90 J

Le rendement de cette lampe vaut donc :

E(utile) / E(reçue) = 10 / 100 = 0,1 soit 10 %. 

Si 10 % de l’énergie reçue par cette lampe est convertie en lumière, alors les 90 % restants sont perdus sous forme de chaleur.