1.   Conservation de l’énergie.

       A. Sources d’énergie.

• Ce sont les réserves naturelles d’une forme d’énergie quelconque.

• Plusieurs types :

• Sources fossiles : gaz naturel, pétrole, charbon.

• Sources renouvelables : vent, eau, soleil (mode thermique et électrique), géothermie, biomasse (animaux et végétaux).

• Sources nucléaires : uranium.

Tout système qui fonctionne ou évolue nécessite de l’énergie.

• Unité : dans le SI, le Joule.

Autre mesure : l’électronvolt (eV), avec 1 eV = 1,6.10^-19 J.

• Énergie cinétique : liée à la vitesse, l’énergie cinétique d’un système par rapport à un référentiel est l’énergie associée à son état de mouvement par rapport à ce référentiel. Tout solide en mouvement possède de l’énergie cinétique, qui dépend du référentiel.

• Énergie potentielle :

                             - de pesanteur : un objet situé à une hauteur h au-dessus du sol

                                possède une énergie appelée énergie potentielle de pesanteur,

                                qui augmente lorsque la hauteur h augmente.

                             - élastique : un système élastique quelconque ayant subi une

                               déformation possède de l’énergie appelée énergie potentielle

                               élastique.

                             - électrique : un système formé de deux objets s’attirant

                                mutuellement possède une énergie potentielle qui augmente

                                lorsque l’écart augmente entre les deux objets.

                    L’énergie potentielle d’un système dépend de la position relative des

                   différentes parties du système en interaction entre elles.

• Energie d’agitation microscopique (ou interne) : l’énergie interne d’un corps est l’énergie emmagasinée par ce corps sous forme d’énergie cinétique des molécules et d’énergie potentielle microscopique. Cette énergie dépend essentiellement de la température.

• Energie chimique : l’énergie chimique d’un système varie lorsqu’il y a réaction chimique.

• Energie nucléaire : L’énergie nucléaire d’un système varie lorsqu’il y a réaction nucléaire.

• Un système est énergiquement isolé s’il ne reçoit ou ne fournit pas d’énergie du milieu extérieur : son énergie reste constante :

• L’énergie totale d’un système caractérise l’état de ce système, et est la somme de l’énergie cinétique et de l’énergie potentielle macroscopique, ainsi que de l’énergie cinétique microscopique d’agitation moléculaire, et de l’énergie potentielle microscopique :

• Principe de conservation d’énergie : l’énergie totale d’un système isolé est constante. Il ne peut y avoir ni destruction, ni création d’énergie à l’intérieur d’un système isolé.

• Un système isolé est dit à l’équilibre lorsque tous les échanges énergétiques ont cessé à l’intérieur du système.

• Travail mécanique :

• Définition : le travail mécanique est un transfert d’énergie effectué par des forces, pour modifier sa forme, sa position, sa vitesse.

• Unité : le Joule (J).

• Calcul : si la force se déplace selon le vecteur :

• La puissance à fournir est :

• Travail électrique : le travail électrique est un transfert d’énergie assuré par le courant électrique :

L'énergie rayonnante est notée W_r et s'exprime en Joules (J).

Ex : l’énergie solaire, captée par la chlorophylle.

         Un transfert d'énergie par chaleur se manifeste de deux manières:
           ° par une variation de température.
           ° par un changement d'état à température constante.

• Transfert d'énergie par chaleur et variation de température.
  La quantité d'énergie Q échangée par un corps est donnée par :
  où Q = quantité d'énergie échangée (J)
       C = capacité calorifique du corps ()
      = variation de température subie par le corps (°C).

                    Si Q > 0 : la chaleur est reçue par le système.
                    Si Q < 0 : la chaleur est cédée par le système.

• Transfert d'énergie par chaleur et changement d'état.

                    Lors d'un changement d'état à température constante, la quantité

                    d'énergie changée est :

                    où Q = quantité d'énergie échangée (J)

                         m = masse du corps (kg)

                         L = chaleur latente de changement d'état ()

                    Pour une fusion, une vaporisation, une liquéfaction ou une solidification

                    on utilisera respectivement :

                    Q= + m.L_f , Q = + m. L_v , Q = - m. L_f , Q = - m. L_v .

   3.   Chaîne énergétique.

Une chaîne énergétique est une suite de convertisseurs (représentés par des ronds) ou de réservoirs (représentés par des carrés) d’énergie permettant de transformer un type d’énergie donné en un autre type d’énergie mise en réserve, ou en un transfert utilisable.

       A. Énergie cinétique de translation.

• Par définition, l’énergie cinétique d’un solide en translation est :

Avec E_C en J , m en kg et v en m.s^-1

• L’énergie cinétique dépend du référentiel.

• Chute libre :

Si vitesse initiale et abscisse à l’origine sont nuls, alors :

• L’énergie potentielle de pesanteur est donnée par la relation :

Avec : E_P, énergie potentielle de pesanteur en J

m , masse en kg.

g , intensité de la pesanteur en N.kg^-1

z , hauteur en m.

, énergie potentielle E₀ de pesanteur au niveau z₀

• Par définition, l’énergie mécanique d’un système est définie par la relation :

• Cette énergie mécanique dépend du référentiel.

• Conservation de l’énergie mécanique d’un système :

                   Un système est conservatif s'il n'échange de l'énergie ni par travail, ni par

                   chaleur, ni par rayonnement avec le milieu extérieur. Il n’y a pas de

                   frottements. Dans ce cas, son cas son énergie mécanique est constante,

                   comme l’énergie microscopique :

• Non conservation de l’énergie mécanique d’un système :

                      - S’il y a des frottements à l’intérieur d’un système énergétiquement

                         isolé, son énergie mécanique diminue, et l’énergie microscopique

                         augmente (le système s’échauffe) :

                         L'énergie mécanique d'un système isolé varie dans la plupart des cas

                         à cause des frottements entre les différentes parties du système.

                      - La variation d’énergie mécanique d’un solide entre deux positions est

                        égale à la somme des travaux échangés entre le solide et l’extérieur

                        entre ces deux positions :

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