Transformation énergétique : Lors du freinage, l'énergie cinétique se transforme en énergie thermique par frottement.
- Calculer l'énergie cinétique initiale
- Identifier la transformation (Ec → Q)
- Calculer la quantité de chaleur produite
- Évaluer la température finale si possible
Une voiture de 1200 kg roule à 72 km/h et s'arrête complètement. Calculer l'énergie thermique produite par le freinage.
v = 72 km/h = 72/3.6 = 20 m/s
E_ci = ½mv² = ½×1200×20² = ½×1200×400 = 240 000 J
Étant donné que la voiture s'arrête, E_cf = 0
Donc, toute l'énergie cinétique est transformée en chaleur
Q = E_ci - E_cf = 240 000 - 0 = 240 000 J
L'énergie thermique produite par le freinage est de 240 kJ.
• Conservation : L'énergie se transforme mais ne disparaît pas
• Unités : Convertir la vitesse en m/s pour les calculs
• Transformation : Ec → Q (énergie cinétique en chaleur)
Accumulateur : Convertit l'énergie chimique en énergie électrique lors de la décharge.
Un accumulateur de 12 V délivre un courant de 5 A pendant 2 heures. Calculer l'énergie électrique fournie et commenter la transformation.
t = 2 h = 2×3600 = 7200 s
W = U×I×t = 12×5×7200 = 432 000 J
W = U×I×t = 12×5×2 = 120 Wh
Énergie chimique stockée → Énergie électrique fournie
L'énergie chimique diminue, l'énergie électrique augmente
L'accumulateur fournit 432 kJ d'énergie électrique par transformation de l'énergie chimique.
• Formule : W = U×I×t pour l'énergie électrique
• Unités : Tension en volts, intensité en ampères, temps en secondes
• Transformation : Énergie chimique → Énergie électrique
Centrale hydroélectrique : Transforme l'énergie potentielle de l'eau en énergie électrique.
Une centrale hydroélectrique utilise un dénivelé de 50 m. Si 1000 kg d'eau tombent par seconde, calculer l'énergie potentielle disponible par seconde et la puissance maximale théorique.
E_p = mgh = 1×9.81×50 = 490.5 J/kg
E_p_total = 1000×490.5 = 490 500 J/s = 490.5 kW
P = E_p_total/t = 490 500 J/s = 490.5 kW
Énergie potentielle → Énergie cinétique → Énergie mécanique → Énergie électrique
Chaque étape a un rendement inférieur à 1
La puissance maximale théorique est de 490.5 kW, provenant de la transformation de l'énergie potentielle en énergie électrique.
• Énergie potentielle : E_p = mgh
• Puissance : P = W/t, donc P = mgh/t
• Chaîne : Potentielle → Cinétique → Mécanique → Électrique
Panneau photovoltaïque : Convertit l'énergie lumineuse du soleil en énergie électrique par effet photoélectrique.
Un panneau photovoltaïque de 2 m² reçoit un rayonnement solaire de 1000 W/m². Si son rendement est de 15%, calculer la puissance électrique produite et commenter la transformation.
P_lumière = Irradiance × Surface = 1000 × 2 = 2000 W
η = P_électrique/P_lumière donc P_électrique = η × P_lumière
P_électrique = 0.15 × 2000 = 300 W
W = P × t = 300 × 3600 = 1 080 000 J = 1.08 MJ
Ou W = 300 × 1 = 0.3 kWh
Énergie lumineuse (photons) → Énergie électrique
Le rendement de 15% signifie que 85% de l'énergie est perdue (chaleur, réflexion, etc.)
Le panneau produit 300 W d'énergie électrique par transformation de l'énergie lumineuse.
• Irradiance : Puissance lumineuse par unité de surface
• Rendement : η = P_utile/P_absorbée
• Transformation : Lumineuse → Électrique
Ventilateur : Convertit l'énergie électrique en énergie mécanique (rotation) et en énergie thermique (frottements).
Un ventilateur consomme 50 W d'énergie électrique. Si son rendement mécanique est de 70%, calculer la puissance mécanique utile et la puissance thermique dissipée.
P_absorbée = 50 W, η_mécanique = 0.70
P_mécanique = η_mécanique × P_absorbée = 0.70 × 50 = 35 W
P_thermique = P_absorbée - P_mécanique = 50 - 35 = 15 W
50 W électriques → 35 W mécaniques + 15 W thermiques
Vérification : 35 + 15 = 50 W ✓
Le ventilateur fournit 35 W d'énergie mécanique et dissipe 15 W sous forme thermique.
• Bilan : P_absorbée = P_utile + P_pertes
• Transformation : Électrique → Mécanique + Thermique
• Conservation : L'énergie totale est conservée
- Mécanique → Électrique : Génératrice, dynamo
- Électrique → Mécanique : Moteur électrique
- Chimique → Électrique : Pile, accumulateur
- Lumineuse → Électrique : Cellule photovoltaïque
- Thermique → Mécanique : Machine thermique
- L'énergie totale se conserve dans un système isolé
- Le rendement est toujours inférieur à 1
- Les frottements provoquent des pertes thermiques
- La chaleur est une forme d'énergie souvent non récupérable
- Les transformations d'énergie ont toujours des pertes
