Energie 06 12 06

L’ENERGIE LES SOURCES D’ENERGIE CHARBON Sources FOSSILES

PETROLE GAZ NATUREL

Sources d’énergie

Sources NUCLEAIRES

URANIUM SOLEIL

Sources RENOUVELABLES

VENT GEOTHERMIE BIOMASSE

L’ENERGIE LE SYSTEME SYSTÈME portion de l'espace délimitée par une surface réelle ou imaginaire la frontière Un système est un ensemble matériel (objet de l'étude) un point matériel un solide un ensemble de solides une partie d'un solide un échantillon de fluide toute association de corps physiques Le reste est appelé milieu ou environnement extérieur (SYSTEME + FRONTIERE + MILIEU EXTERIEUR) UNIVERS

Interactions entre le système et le milieu extérieur ECHANGES DE MATIERE e

ECHANGES D’ENERGIE sous forme de travail et de chaleur

L’ETAT D’UN SYSTÈME sera décrit par un nombre suffisant de PARAMETRES MESURABLES Ces paramètres sont appelés VARIABLES D’ETAT

ECHANGES DE MATIERE

ECHANGES D’ENERGIE

SYSTEME

Système OUVERT SYSTEME

Système FERME SYSTEME

Système ISOLE

Système PSEUDO ISOLE les forces extérieures qui s’appliquent sur lui se compensent exactement PRINCIPE DE L’INERTIE Le centre d’inertie G d’un système isolé ou pseudo – isolé est animé mouvement rectiligne uniforme Un référentiel galiléen est un référentiel dans lequel le principe d’inertie s’applique Si un système est en équilibre, la somme des forces extérieures qui s’exercent sur lui est nulle

extérieures  F = 0 ∑ appliquées

LES DIFFERENTES FORME D’ENERGIE chaque type d’énergie, stockée dans un système, est liée à une grandeur caractéristique et mesurable de ce système Lorsque le stock d’énergie varie, on peut mesurer une variation de la grandeur caractéristique : on dit qu’il y a transfert d’énergie

Eméc Type d’énergie Grandeur caractéristique

ENERGIE MECANIQUE (macroscopique) ENERGIE CINETIQUE 1 Ec = mv 2 2

ENERGIE POTENTIELLE

VITESSE

POSITION

E p = mgh

ENERGIE MICROSCOPIQUE énergie cinétique microscopique liée à l’agitation thermique qui augmente avec la température

Type d’énergie

Grandeur caractéristique

énergie agitation thermique

température

+

U mic

énergie potentielle d’interaction microscopique liée aux liaisons entre les différentes particules du système

énergie chimique

liaisons chimiques

énergie nucléaire

énergie liée à l’état physique

interactions dans les noyaux

liaisons physiques dans les liquides et les gaz

ENERGIE TOTALE D’UN SYSTEME

Etotale = Emécanique + U microscopique l’énergie d’un système isolé demeure constante pas d’échanges d’énergie avec l’extérieur le stock total d’énergie ne varie pas

∆E = 0 E1 = E2 quelles que soient les dates t1 et t2

Un système non isolé échange de l’énergie avec le milieu extérieur E1 ≠ E2 aux dates t1 et t2 travail échangé

quantité de chaleur échangée

W1→2

Q1→2

∆E = E1 − E2 = W1→2 + Q1→2 La variation de l’énergie totale d’un système entre deux instants t1 et t2 est égale à la somme des énergies échangées avec l’extérieur entre ces deux dates

CRITERE EGOISTE

toute énergie reçue par le système est comptée positivement T cédée par le système est comptée négativement toute énergie O U T

LES UNITES

SYSTÈME INTERNATIONAL Unité de l’énergie, du travail, de la chaleur le joule (J) 1 joule est équivalent à 1W.s ou à 1 N.m.

Travail produit par une force de 1 newton dont le point d'application se déplace de 1 mètre dans la direction de la force.

James Prescott JOULE (1818 – 1889) Directeur d'une fabrique de bière, James Prescott Joule quitte l'entreprise familiale pour se consacrer aux études scientifiques. Élève de John Dalton, il travaille avec lui sur les gaz. Il aborde ensuite l'électromagnétisme et conçoit un moteur électrique dès 1838. En 1840, à l'âge de 22 ans, il met en évidence le phénomène de saturation magnétique. Ce sont ses travaux concernant l'énergie qui le rendent célèbre. En 1841, il formule la loi régissant les dégagements de chaleur provoqués par le passage du courant électrique dans un conducteur (la loi de Joule). Cette loi donne la quantité de chaleur dissipée chaque seconde dans un conducteur par le passage du courant électrique. Elle est proportionnelle à la résistance du conducteur et au carré de l’intensité du courant. En 1843, il vérifie expérimentalement la conservation de l'énergie et l'équivalence entre l'énergie mécanique et l'énergie thermique (expérience de Joule). Expérimentateurs talentueux, il perfectionne le mécanisme jusqu'en 1849 en multipliant les expériences. En 1852, les travaux communs avec William Thomson conduise à montrer que lorsqu'un gaz réel se dilate, sa température décroît (effet Joule – Thomson). Il est membre de la Royal Society dès 1850.

James Prescott JOULE

APPAREIL ORIGINAL équivalence travail-chaleur

LES UNITES UNITE COURANTE le kilowatt – heure (kWh)

travail exécuté pendant une heure par une machine dont la puissance est de 1 kilowatt 1 kilowattheure (kWh) = 1 000 W = 3,6 MJ 1 mégawattheure (MWh) = 1 000 kWh

LES UNITES

Unités hors système international la tonne – équivalent - pétrole (tep) : énergie produite par la combustion d’une tonne de pétrole 1 tep = 4,2.1010 J la tonne – équivalent - charbon (tec) : énergie produite par la combustion d’une tonne de charbon 1 tec = 0,69 tep

LES UNITES coefficients d'équivalence fuel lourd 1 000 litres = 0,950 tep fuel domestique 1 170 litres = 1 tep gaz naturel 1 MWh = 0,077 tep électricité 1 MWh = 0,222 tep Équivalences en tep d’une tonne Charbon 0,619 Lignite 0,405 Essence 1,048 Fuel domestique 1,095 Uranium naturel 10 000

CHAINES ENERGETIQUES SCHEMATISATION

réservoir d’énergie

transfert d’énergie

convertisseur d’énergie

Les flèches visualisent sans ambiguïté le sens du transfert On associe aux flèches la quantité d’énergie transférée

Un convertisseur d’énergie transforme une forme d’énergie en une autre forme d’énergie Système convertisseur

Wutile

Wutilisée

énergie utile

énergie utilisée quantité totale d’énergie transférée au système et convertie en d’autres formes

pertes énergétiques environnement

Wutile η= ≤1 Wutilisée

η =η1 ×η2 convertisseur 1

réservoir d’énergie initiale

η1

convertisseur 2

η2

réservoir d’énergie final

pertes environnement RENDEMENT D’UNE CHAINE ENERGETIQUE

énergie électrique

énergie mécanique

énergie chimique (pile)

énergie mécanique (environnement) Convertisseur ventilateur moteur + pales

réacteur d’une fusée

réacteur

énergie chimique (propergol)

f s n tr a

ert

m de

r è i t a

énergie mécanique (fusée)

e

Tra n transfert d’énergie

énergie microscopique (environnement)

sfe

rt d ’én e

rgie