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L'Énergie

Cours reprenant à la base la notion d'énergie.

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Qu'entend-on par "énergie" ?

Le mot "énergie" est souvent galvaudé dans l'usage courant.
"Ces enfants sont pleins d'énergie ! ",
dit-on pour signifier qu'ils s'agitent violemment.
Mais ce sens populaire du mot "énergie" est plus proche de ce que nous appellerons "puissance" en physique.

Au sens de la physique, un corps peut en effet concentrer beaucoup d'énergie tout en restant immobile.
Par exemple, le carburant dans le réservoir d'une automobile, moteur à l'arrêt.

Qu'entend-on exactement par "énergie" en physique ?


Un exemple particulier préliminaire
pour donner une idée du concept
d'énergie.

Prenons un exemple très élémentaire, compréhensible par tous :
L' énergie vitale.
Il faut manger pour vivre !

  • «Vivre» c'est croître, bouger, se déplacer, soulever des objets, changer les choses...

  • «Manger» c'est ingérer des aliments pour pouvoir continuer à vivre.
    Des aliments qui vous permettent de restaurer vos forces lorsqu'elles faiblissent.

Parmi les aliments, certains, même ingérés en petite quantité, restaurent suffisamment.
D'autres doivent être ingérés en grande quantité pour obtenir le même résultat.

Puisqu'on obtient le même effet avec des produits différents
il semble naturel de considérer quil existe un principe commun
en plus ou moins grande quantité lié à chacun des aliments ou nutriments.
pourtant composés de matières très différentes !

C'est un exemple de ce principe commun que la physique nomme "énergie"
et que nous allons le définir avec précision.


  • D'une part, les diététiciens savent mesurer la quantité d'énergie que peut apporter tel ou tel aliment ingéré.
    Nous savons que cette quantité d'énergie est tranformée par l'appareil digestif et enmagasinée sous forme de graisses.

  • Les muscles transformeront ces graisses en efforts physiques et mouvelents.
    La médecine sportive sait évaluer la "quantité d' énergie" dépensée par votre corps lors d'efforts musculaires.

    C'est un autre aspect de l'énergie : chaque type d'action exige telle quantité d'énergie.
    Les graisses accumulées disparaissent lors d'exercices physiques : marche, sport, etc..;
    Et même le cerveau nécessite d'être alimenté en énergie (par transformation des sucres).

Les uns et les autres mesurent la quantité d'énergie acquise ou dépensée
en une unité d'énergie dont nous verrons bientôt la définition : les calories .

Bien entendu, l'alimentation n'est qu'un exemple.
La suite montrera que ce concept s'étend à d'innombrables autres cas, actions ou changements d'état.


Analogie financière

Le prix des objets ou des services
est un autre exemple de grandeur commune
attribuée en plus ou moins grande quantité à des objets très différents.

Dans un troc, des objets échangés sont différents,
mais il est considéré équitable si la valeur que chacun accorde aux objets échangés
est la même.

Lors d'un marché, le prix mesure cette équivalence entre objets ou services
à telle quantité d'or, argent, etc, ou monnaie fiduciaire rendue en échange.

Cependant, contrairement à l'énergie, les prix dépendent de facteurs humains subjectifs
tels que la carence ressentie, le besoin, l'attirance, la séduction, la cupidité, etc.

En physique, l'énergie attribuée à chaque action ou état d'un système
est clairement et mathématiquement définie
en fonction de paramètres objectifs observables et mesurables.

Prix de l'Énergie

C'est précisément en se basant que le concept physique objectif d'énergie
que s'établissent les prix :

  • Sur le plan international, des ressources énergétiques minières de provenances aussi diversess que le charbon, les pétroles, le gaz naturel, etc.

  • A la livraison chez le client terminal par le réseau électrique d'énergie, ou produite de diverses manières (barrages hydroélectriques, charbon, pétrole, atome, etc... généralement indifférenciées pour le client.


Un principe
commun à plusieurs formes d'états ou d'actions
.

La quantité d'énergie est un concept mathématique.
Mais ce concept...

  • Doit être correspondre à une réalité physique expérimentale.
  • Doit être être parfaitement et mathématiquement défini dans chaque cas où on l'applique


Des définitions mathématiques précises ?

Chacun sait que toute action exige un effort ;

  • effort musuclaire (homme, animaux de trait)
  • ou par l'intermédiaire d'une machine (moteur, voiles).

Quelques exemples de ce que nous appelons ici "'actions" :

  • Déplacement d'un objet qui résiste, du fait de frottements ou de la pesanteur, etc...
  • Mise en mouvement, accélération ou décélération d'objets massifs.
  • Déviation d'un objet de sa trajectoire.
  • Élévation de la température d'un objet, de l'air ambiant...

Vue sous cet angle, l'énergie apparaît comme le concept d'une grandeur commune
qui mesure "ce" qui doit être fourni pour obtenir différentes actions ou changements d'états physiques.

C'est ce qui sera mathématiquement et/ou expérimentalement défini
dans la suite pour chacune des actions ou états possibles.

3°
L'énergie se transfère, s'échange.

On a souvent affaire à un enchainement d'actions :
le moteur d'une automobile met celle-ci en marche grâce à un moteur,
dont l'action se transmet par toute une chaîne d'engrenages, nommée "La transmission" en mécanique.
L'automobile peut tracter, par exemple une caravanne, etc..
Le moteur s'alimente lui-même en carburant dans son réservoir.
Il est capable de puiser sa force de rotation des explosions du carburant-comburant dans les cylindres.

Le concept d'énergie imagine que "quelque chose" se transmet
de l'un à l'autre de ces relais pour mettre en action chaque élément de l'ensemble.

A la pétanque, le tireur communique une certaine énergie, très précise, pour lancer une boule.
L'énergie du lancer a été transférée à la boule et se manifeste par sa vitesse et le parcours de sa trajectoire.
La boule arrive sur une autre qui gisait à terre.
La boule percutante s'arrête net au contact de la boule percutée que est éjectée.
La boule percutante a transmis son énergie à la boule percutée.


Principe de conservation de l'énergie

Lorsque un ou plusieurs systèmes interagissent (les uns sur les autres),
les paramètres définissant leurs états changent généralement.

Il en est donc probablement de même des énergies de chacun des systèmes en interaction.
Puisque l'énergie est fonction de ces paramètres.

Certains systèmes en interaction voient leur énergie augmenter, les autres diminuer.

Si cet ensemble d'objets interagissant entre eux n'interagissent qu'entre-eux.
Càd. qu'aucun autre élément n'interagit avec aucun objet de l'ensemble du système considére.
On dira que c'est un système isolé.

Le principe dit "de conservation de l'énergie"
affirme que dans le cas d'un système isolé,
la somme des énergies acquises (par la totalité des éléments qui ont acquis de l'énergie)
est égale à .
la somme des énergies perdues (par la totalité des éléments qui ont perdu de l'énergie)

Autrement dit :

Lors d' échanges d' énergie entre éléments internes à un système isolé
il n'y a jamais ni création ni perte d'energie.

C'est un principe fondamental de la physique.

Bien qu'il soit un concept purement mathématique et apparemment arbitraire,
sa véracité est journellement confirmée sans faille dans toutes ses applications.

L'emploi du concept d'énergie a grandement facilité l'étude de la physique.

C'est en vertu de ce concept d'énergie que l'on peut la monétiser, en faire commerce,
quelle que soit sa forme de production : pétrole, gaz, nucléaire, etc....

La géopolitique mondiale et ses conflits en sont grandement tributaires.


Divers aspects de l'énergie


Extension de la notion d'énergie

Les scientifiques ont étendu cette notion d'énergie à de nombreux autres domaines de la science.

  • En mécanique :
    • Lorsqu'on déplace, élève, accélére ou ralentit etc... un objet, en exerçant une force sur lui,
      on lui communique une certaine quantité d'énergie.
      On peut aussi tenter de le ralentir ou le faire dévier sa trajectoire initiale. Dans ce cas c'est le corps qui vous communique de l'énergie : en vous faisant tomber à la renverse par exemple !

      Cette énergie est fonction de l'intensité, l'orientation de cette force et le trajet parcouru.
      Cette énergie est nommée "Travail de la force". Voir définition et détails ici :

    • Énergie cinétique.
      Pour accélérer ( c.à.d. augmenter ou faire prendre de la vitesse) un corps de masse m
      on doit lui apliquer une force dont le point d'application se déplace pendant un certain temps.
      C'est la définition du "travail" d'une force.
      En d'autres termes, on lui fournit donc l'énergie mécanique.
      Cette énergie transférée se manifeste par la vitesse prise par le corps.
      On peut récupérer cette énergie en le ralentissant ou, encore mieux, en l'arrêtant.
      Une démonstration ici :

      L'énergie dûe à la vitesse se nomme "énergie cinétique" (du grec "kinema" : mouvement, agitation).

      La vitesse d'un corps de masse m peut ête considéré comme un repère de la quantité d'énergie qu'il a fallu lui communiquer pour qu'elle atteigne cette vitesse.
      Cette forme de l'énergie se nomme "Énergie cinétique"
      On démontre qu'elle s'évalue par la formule : ec = 1/2 × m.V2
      m est la masse du corps évaluée en kg,
      V
      est la vitesse évaluée en m/s et ec l'énergie cinétique évaluée en Joules.
      Démonstration ici :

      Notez bien : La vitesse n'est pas l'énergie !
      C"est tout au plus un repère permettant d'évaluer l'énergie cinétique de l'objet en mouvement.

      La chaleur d'un corps (son énergie thermique)
      est en fait l'énergie cinétique de toutes les particules constituant le corps.
      Dans les solides, elles sont en mouvement vibratoire incessant
      autour de leur position moyenne d'équilibre.
      Les molécules des gaz et les liquides ont des mouvements plus amples.

      L'absence de tout mouvement des particules représente l'état d'énergie nulle.
      On ne peut pas trouver de température plus basse.
      C'est le zéro absolu ( 0° Kelvin = -273,15 °C)


    • Énergie potentielle

      • Un exemple :
        Sur Terre ou sur toute autre planète, il faut fournir de l'énergie pour soulever un objet pesant d'une hauteur h.
        Un objet soulevé du sol conserve l'énergie mise à le soulever.
        Cette énergie peut être restituée en le relâchant à une hauteur inférieure.
        Ce "peut" a donné le nom de cette manifestation de l'énergie nommée "potentielle"
        (On peut ou pas l'utiliser)

        L'énergie potentielle perdue pendant la descente est transformée en énergie cinétique.
        La vitesse du corps augmente progressivement lors de sa chute.
        Au moment où l'objet s'immobilise au sol, l'énergie cinétique est égale à l'énergie potentielle perdue.
        Puisque l'objet est arrêté par le sol, cette énergie cinétique est transformée en une autre forme d'énergie. Par exemple : le bris de l'objet lui-même, qui exige une certaine énergie de dissociation.
        Sinon, le choc au sol, déforme ce dernier (cratère), ou/et l'énergie a un effet d'échauffement.
        Voir exercice ci-dessous sur la chûte de météorites.

        L'énergie potentielle d'une masse d'eau est mise à profit dans les dispositifs STEP de stockage des énergier renouvelables.

      • Il existe bien d'autres cas en physique où des systèmes peuvent être mis dans des différents états en leur apportant une certaine énergie (différente pur chaque état) et, chose importante, ils peuvent restituer cette énergie en revenant à l'état antérieur.

        Pour la même raison que dans l'exemple ci-dessus, cette énergie caractérisant chaque état sera nommée "énergie potentielle".
        L'état correspondant à l'énergie la plus faible oissible se nomme "état fondamental".

        C'est, entre autre, le cas des électrons orbitant autour des noyaux atomiques
        dont l'étude précise à abouti à la physique quantique..

  • En thermodynamique
    C'est l'étude des modifications des états de corps sous l'effet de l ' énergie qu'on leur tranfère ou que l'on leur extrait.
    L'énergie prend le nom de "Chaleur"
    ou parfois d' "énergige calorifique", ou d' "énergie thermique".
    Des noms différents pour désigner une même grandeur : l ' Énergie.



  • En chimie
    Les réactions entre corps, suivant les cas, dégagent de la chaleur (réactions dites exothermiques) ou, parfois, absorbent de la chaleur (les corps en réaction chimique refroidissent).

    Exemples :

    • Production d'énergie calorifique dans les combustions destinées au chauffage domestique : âtres, feux de bois, chauferettes au pétrole, à l'alcool, à l'huile même....

    • Production d'énergie mécanique dans les explosions.

      En fait, l'énegie thermique produite brusquement dilate très rapidement les gaz environnants.
      Ils "poussent" les parois de l'enceinte où se produit la réaction.
      De ce fait l'énergie thermique apparaît sous forme mécanique :

      • Effet mis à profit dans les moteurs dits "à explosion"
        Réaction : hydrocarbures+oxygène del'air.

        Ou, bien mieux : hydrogène + oxygène :-> eau : l'avenir peut-être....

      • Effet exploité dans les munitions : cartouches, obus, mines, bombes.

  • En électricité (vecteur d'énergie)

    • énergie délivrée par le réseau électrique pour faire tourner des moteurs
      donc transformée en énergie mécanique.

    • ou pour chauffer des locaux, donc transformée en énergie thermique.



  • En physique nucléaire :
    • Energie thermique produite par la fission d'atomes lourds (ex. Uranium)
      • contrôlée dans les centrales électriques
      • libérée par les bombes à fission nucléaire

    • Energie produite par la fusion des atomes d'hydrogène
      • incontrôlable pour le moment (2017) donc pas encore d'usage civil
      • libérée par les bombes à fusion (dites à Hydrogène)

  • etc.


Mais il n'y a qu'une et une seule grandeur "énergie" !

L'énergie est une grandeur commune mise en jeu (échangée) dans diverses expériences de physique :
en mécanique, en électricité, en chimie, etc. etc...
Le qualificatif qu'on lui appose (mécanique, chimique, etc.) ne fait qu'indiquer dans quel type d'expérience
on la considère.

L'énergie de mesure de l'énergie est officiellement le Joule.

Mais dans certaines techniques, d'autres unités s'avèrent plus pratiques.

Tel est le cas de la chaleur ou "énergie thermique" (mesurée en calories)
Définition provisoire :
La calorie (symbole cal) est l'énergie nécessaire et suffisante
pour élever de 1°C la température de 1 gramme d'eau.
Elle équivaut à une énergie de 4,18 J.
Voir descriptions plus précises ci-dessous :

L'énergie délivrée par votre réseau électrique est mesurée en Watts.heure (Wh) (ou kWh)
Voyez vos factures...
Voir descriptions plus précises ci-dessous :

Exercices résolus :

 Une météorité de 20 kg atteint le sol terrestre à la vitesse de 50 km/s par rapport au sol. (c'est arrivé).
     Comment qualifier l'énergie qu'avait la météorite avant l'impact ?
     Comment qualifier l'énergie transférée à la Terre ?
     Calculer ces deux énergies. Réponses ici : Mais essayez d'y arriver par vous même...
 
 Supposant qu'elle soit tombée en mer dont l'eau étai tà 15°C,
      quelle quantité d'eau cette énergie est capable de vaporiser ?
      Réponses ici : Mais essayez d'y arriver par vous même...


Chaleur - Énergie thermique -

La chaleur : une manifestation de l'énergie parmi d'autres.

L'énergie peut se manifester, entre autre, par le changement de température d'un corps.

Mettons un objet chaud en contact avec un objet froid.
Quelque temps après, on constate que la température de l'objet chaud diminue
au "profit" de l'objet froid dont la température croît.
Et ce jusqu'à ce qu'ils atteignent à la longue tous deux la même température.

Ces changements de température suggèrent que quelque chose est passée d'un corps à l'autre.
Ce "quelque chose", le physicien le nomme "chaleur" ou "énergie thermique".
Elle sera définie avec précision (voir la suite)

L'augmentation de température d'un corps est interprété comme un apport d'énergie.
La diminution de température est interprété comme une cession d'énergie.

On nomme à tort cette énergie : "énergie thermique" ou "calorifique", etc.

Le nom le plus fréquent donné à cette énergie est, tout simplement "chaleur".
Mais ces dénominations risquent d'induire en erreur : il n'y a qu'une et une seule énergie.
Mais ses effets peuvent être divers comme nous le verons de nouvea plus loin.

Mais attention !
La température (repérée en degrés Celsius ou Fahrenheit : ) n'est pas l'énergie !


La température n'est pas l'énergie !

Exemple :
Chacun sait qu'il est plus coûteux de chauffer à la même température
une grande pièce qu'une petite.
Traduction : il faut apporter plus d'énergie à la grande.
Conclusion, bien qu'elles soient finalement à la même température,
la grande aura absorbé plus d'énergie.

Au final elles ont même température mais des quantités d'énergie différentes.
La température n'est donc pas une bonne mesure de l'énergie.

Comment définir l'énergie lors d'un échange thermique ?

Le mieux est de définir une unité de mesure de l'énergie dans une expérience d'échauffement précise
et facilement reproductible.

Cette unité sera nommée "calorie" (symbole : cal ; Ex 12,5 cal)

Unecalorie sera définie par la quantité d'énergie nécessaire pour élever de 1° C (1 degré centigrade)
une quantité d'un gramme d'eau pure
sous une pression atmosphérique dite normale (1013,5 hPa)
avec unte température de départ précise : (20°C par exemple)

On a constaté expérimentalement que pureté, pression atmosphérique, température de départ
influent sur la quantité d'énergie recquise.

Attention !
Un grand nombre de conditions initiales ont été proposées pour la définition de la calorie.
Notamment pour la température de départ (4°C ; 15°C ; 20°C, etc...)
ce qui donne lieu à des unités de valeur énergétique différentes.


Qu'alors y faire ?
Le rapport entre la plus grande valeur et la plus petite
est de 1,0052... (env. cinq millièmes)
Tellement minime que pour lles applications ordinaires (énergie absorbée par un chauffe-eau par exemple),
la définition : 1 cal = énergie pour élever un gramme d'eau de 1°C suffit très très largement.

Autres unités

Multiples en usage : la kcal (1000 cal) et la Mcal (106 cal ou thermie)

La thermie n'est guère plus utilisée que par les thermiciens chauffagistes.

Notons que la calorie n'est pas l'unité d'énergie retenue par le système international SI
.
L'unité officielle SI pour mesurer les quantités d'énergie est le Joule, symbole J.
Une calorie équivaut à 4,18 J.

Notons que l'unité d'énergie du système international SI est le Joule ; 1 cal = 4,18 J
Le Joule est une unité SI dérivée .

Energie et Puissance

Il faut mettre en garde contre une erreur fréquente issue du langage courant.
"Les enfants sont pleins d'énergie"
pour dire qu'ils courent vite en tous sens, montent, decendent rapidement sans cesse, etc...

Le physicien dira que ces enfants sont capables de dépenser beaucoup d'énergie en peu de temps !

Cette notion de temps est importante.
Un vieillard capable de marcher lentement et longtemps
peut dépenser plus d'énergie sur un très long parcours qu'un athlète lors d'un cent mètres haies !

Mais en un laps de temps donné le jeune athlète fournira certainement plus d'énergie que l'ancien.
C'est précisément là qu'intervient la notion de PUISSANCE.

Définition de la puissance

On nomme puissance la quantité d'énergie mise en jeu par unité de temps.
Ou encore :
La puissance P est égale à l'énergie E divisée par le temps t mis à l'échanger.


P désigne la puissance. Unité de mesure : le Watt symbole : W
E désigne l'énergie, unité : le Joule, symbole : J
t
au dénominateur représente le temps pendant lequel l'énergie E a été mise en jeu,
unité de temps : la seconde, symbolee : s

Avertissement

On trouvera parfois la formule :
Attention ! dans cette formule traditionnelle, la lettre W désigne deux choses très ddifférentes.
Dans P(W) c'est l'abréviation de l'unité officielle de puissance : le Watt.

Au numérateur ! W(J) représente l'énergie en Joules.
W est sans doute l'initiale du mot anglosaxon "Work" qui signifie "travail",
nom de l'énergie mécanique développée lorsqu'une force se déplace,
énergie nommée "travail d'une force" ("Work" en anglosaxon)
(Voir sur ce site une page dédiée au travail d'une force : )
ou alors l'initiale du nom de James Watt...


Si une machine a une puissance n fois plus faible qu'une autre,
il lui faudra n fois plus de temps pour fournir la même quantité d'énergie.

Notons, pour être complet, une unité de puissance de moins en moins utilisée : le cheval
Équivalent : 1 ch = 735,5 W # 736 W

Il y a peu, il servait à évaluer la puissance des moteurs à explosion ou même électriques.
Question d'habitudes provenant du passé.

A ne pas confondre avec les "chevaux fiscaux" servant à taxer les propriétaires d'automobiles.
D'autres considérations que la puissance entrent en compte dans leur calcul.
Entre autre la taille, le luxe, le prix, etc...

Exercices résolus

1° Quelle est l'énergie fournie par un moteur tournant pendant 5 minutes à la puissance de 6 kW ? Réponse ici :

2°  Montrez mathématiquement que si un moteur est N fois moins puissant qu'un autre,
     il devra tourner N fois plus longtemps pour fournir la même énergie que cet autre.
     Exemple numérique : moteurs de 1W et 1kW. Réponse ici :


Unités d' énergie

Sauf exceptions, l'unité légale d'énergie est le Joule

Le système International d'Unités désigne le Joule - Abréviation J -

comme unité pour mesurer l'énergie.

( ex. 1,5 J = 1500 mJ ; 15 000 J = 15 kJ ; 2,5 MJ = 2 500 000 J )


D
ans les expériences d'échanges d'énergie calorifique
(Chaleur d'un corps chaud transmise, par contact ou par radiation à un corps froid)
l'énergie s'évalue en calories ou, de plus en plus rarement, en thermies.

Unité
Symbole
Définitions - Usages
Commentaires
Joule
J
Unité officielle d'énergie
Dans le système SI international d'unités
la Joule est une unité dérivée :
1 J = 1 kg.m2.s-2
calorie
cal
Énergie élevant de 1°C
la température de 1g d'eau.
Unité utilisée dans les techniques
liées à a chaleur (thermodynamique),
en médecine sportive et et en diététique
1 cal = 4,18 J
Watt heure
Wh
Unité de mesure de l'énergie électrique
délivrée à l'abonné au réseau.
kWh ou MWh pour les grandes valeurs.
thermie
th
Énergie pour élever le température
de 1 tonne (1000 kg) d'eau
de 15°C à 16°C
1 th = 1 000 000 cal = 1 Mcal
Vieille unité guère usitée (2017)
que par les chauffagistes.
Notez l'équivalent en Joule de énergie correspondant à l'unité "calorie"
1 cal = 4,18 J d'où la thermie : 1 th = 4 180 000 J

Le Watt-heure (Wh) et son multiple le (kWh)
sont des unités d'énergie plus adaptées aux usages courants.
(L'unité d'énergie légale, celle utilisée dans les formules reste le Joule)

Le Wh (Watt-heure)
peut être défini comme suit :

Un Wh correspond à l'énergie fournie par une machine
délivrant une puissance constante de 1 W
pendant une durée d'une heure.
Il s'en suit : (1 heure = 3600 s)

1 Wh = 3600 J 1 kWh = 3,6×106 J
1 kWh = 3 600 kJ = 3,6 MJ

Exercice résolu :
Évaluer 1 Wh en Joules, en calories et en thermies. Réponse ici :

Le kWh !

Certains calculs s'avèrent plus simples en utilisant le Wh (ou le kWh)
comme unité d'énergie.

Un fer à repasser le linge porte l'indication de puissance de 1200 W.
L'électricité vous est vendue : 0,150 € au kWh (prix fictif car très variable)
Combien vous coûte la demi-heure de repassage ?
Réponse :
Pendant 30 min le fer de 1200 W a consommé l'énergie de 600 Wh = 0,6 kWh
0,6 × 0,150 = 0,09 €
Pas difficile, n'est-ce pas ?

Combien coûte l'énergie nécessaire à maintenir allumée une ampoule de 60 W pendant 4 heures ?

Enerfie consommée : 4 × 60 = 240 Wh = 0,24 kWh
0,24× 0,150 = 0,036 €
Pas difficile, n'est-ce pas ?

Voir Site EDF en cliquant ici :

Exercices résolus

Avec un kWh à 0,150 €, combien coûte de chauffer l'eau d'un chauffe-eau électrique de 250 litres
    à la temérature initiale de 15° C à une température finale de 60° C ?
    Réponse ici :

Le chauffe-eau précédent (250 l) a une puissance de 3 kW.
    Combien dois-je attendre une eau à 60° C en partant d'une eau à 15° C ?
    Combien m'aura coûté l'opération ?
    Réponse ici :


Soyons pratiques !

 Convertisseur pour évaluer le coût d'usage des appareils électriques
(Entrez le prix du kWh indiqué sur votre facture d'électricité)
€ par kWh
Puissance (Watt)
Durée en Heures
(en décimal : 1h 30 # 1,5 h)
Coût en €
 
ekWh
Pw
dH
CoutTotal
Variables
pour calculs Internes.

Le programme de calcul ne prend en compte que les nombres en notation anglosaxonne
pour lesquel le point "." remplace notre virgule " ," .
2,5
doit être écrit 2.5

Pour les programmeurs : JavaScript intégré pour les calculs internes :

 Calculateur pour ballons électriques pour chauffer de l'eau
Les données des fenêtres peuvent être changées à volonté.
Sauf celles donnant les résultats (Temps de chauffe et coût)
Capacité
( en litres)
Puissance
(en Watts)
Temp. Init.
(en °C)
Temp. Fin.
(en °C)
€ par kWh
Temps de chauffe
en heures.
Coût en €
 
Cap
PW
TI
TF
EK
TC
CT
Variables
pour calculs Internes.

Pour les programmeurs : JavaScript intégré pour les calculs internes :


Echanges d'énergie - Principe de conservation

Échanges d'énergie

Une force est toujours provoquée (à distance ou par contact) par un objet et subie par un autre.
Le Soleil sur la Terre, par exemple. Ou quand on pousse quelquechose.

On parle souvent d' "énergie"mise en jeu". "échangée"
Cela signifie qu'une certaine quantité d'énergie est fournie par un système matériel S1
qui applique la force F12 à un autre système matériel S2 qui la subit.

Une force ne peut fournir d'énergie que si le point d'application se déplace.

Or, le Principe des actions réciproques montre que dans ces conditions
le système S2 exerce sur S1 une force opposée [- F12 ] nommée la réaction à F12.

Les définitions précédentes indiquent que l'énergie fournie S2 à S1 est de même valeur absolue,
mais de signe contraire à celle fournie par S1 à S2 puisque les forces sont opposées.

S1 fournit à S2 une énergie W12.
En même temps que S2 fournit à S1 une énergie -W12

Principe de conservation de l'énergie

L'énergie ne disparaît jamais.
Celle qu'un système perd est récupérée par d'autres systèmes.

L'énergie qu'une centrale envoie au réseau électrique
est en partie perdue pour le producteur et le consommateur.
car le passage du courant dans les câbles du réseau de distribution les échauffe.
Du point de vue financier c'est une perte.

Ceci dit, du point de vue de la physique, aucune énergie n'est perdue dans cette expérience.
La totalité de l'énergie produite par la centrale se divise en deux :
la partie dissipée dans l'atmosphère et celle consommée par l'abonné.

La somme de ces dernières est égale à l'énergie produite et expédiée sur les câbles.

Le principe de conservation de l'énergie est l'un des rares principes auquel tiennent absolument les physiciens.
Toute théorie qui ne le respecterait pas est systématiquement abandonnée.

Pour être tout à fait exact
La physique nucléaire nous apprend qu'il y a équivalence entre énergie et masse.

Lors de l'explosion d'une bombe à fission nucléaire, une petite masse m d'Uranium disparaît
pour donner naissance à une énergie e considérable.

Cette énergie équivalente à la masse disparue, est donnée par la célèbre formule d'Einstein : e = m.c2
(c étant la célérité de la lumière ; c = 299 792 458 m/s ~ 300 000 km/s = 300×106 m/s )


Exercice :
Calculer, en Joule et en MWh, l'énergie que peut ainsi délivrer un gramme de matière.
Réponse ici :

Consommation annuelle moyenne d' énergie électrique par habitant
en France ou en l'Allemagne en 2014 = 7 MWh
25 000 / 7 ~ 3 571
Un gramme de matière fournit par désintégration
l'énergie nécessaire pour alimenter annuellement en électricité
environ 3 600 habitants.

Consomation totale d'énergie électrique en France 2014 : 478 TWh = 478×1012 Wh

Site EDF en cliquant ici :

Exercices corrigés

1° On laisse tomber un objet de masse m (immobile au départ) d'une hauteur de 10 m.
En négligeant la frottements de l'air, à quelle vitesse atteint-il le sol ?
On procèdera en assimilant énergie potentielle au départ et énergie cinétique à l'arrivée.
Réponse ici :

2° Pour quelle raison la masse n'intervient pas dans la question précédente ?
Réponse ici :

 

 

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