Energie cin´ etique, potentielle et interne
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Pesanteur
Energie m´ecanique
chaleur
L’´ energie cin´ etique
Expression de l’´ energie cin´ etique
L’´energie cin´etique d’un solide est l’´energie li´e `a la vitesse du solide sur une distance parcourue.
Si la vitesse est nulle, l’´energie cin´etique est nulle.
L’´energie cin´etique de translation d’un solide de masse constante M, dont le centre de gravit´e se d´eplace sur une droite avec une vitesse uniforme V est donn´ee par l’approximation newtonienne :
Ec 1 2MV2
Ec : ´energie cin´etique (J)
M : masse du solide (kg)
V : vitesse du solide (m.s-1)
Th´ eor` eme de l’´ energie cin´ etique
La variation de l’´energie cin´etique pour un solide ponctuel de masse m constante dans un r´ef´erentiel galil´een, parcourant un chemin entre les points A et B est ´egale `a la somme des travaux des forces (ÝÑF) appliqu´es au solide lors du d´eplacement.
∆Ec
1
2MVB21
2MVA2
¸
WABpÝÑFq
∆Ec : Variation de l’´energie cin´etique (J)
M : masse du solide (kg)
V : vitesse du solide (m.s-1)
°
WABpÝÑFq: somme des travaux des forces appliqu´ees au solide (J)
L’´ energie potentielle de pesanteur
Expression de l’´ energie potentielle
L’´energie potentielle de pesanteur d’un solide est l’´energie li´ee `a l’altitude du solide.
Si l’altitude est nulle, l’´energie potentielle est nulle.
L’´energie potentielle d’un solide est donn´ee par la relation : EpMgzgPzg
Ep : ´energie potentielle (J)
M : masse du solide (kg)
g : intensit´e de la pesanteur terrestre en N.kg-1
P : poids du solide (N)
zg : altitude du solide (m)
Variation de l’´ energie potentielle
La variation de l’´energie potentielle entre 2 altitudes A et B est :
∆EpMgzbMgzaMgpzbzaq
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∆Ep : variation de l’´energie potentielle (J)
Ep : ´energie potentielle (J)
M : masse du solide (kg)
g : intensit´e de la pesanteur terrestre en N.kg-1
P : poids du solide (N)
z: altitude (m)
Si pzbzaq¡0 alors ∆EpWABpÝÑPq Si pzbzaq 0 alors ∆EpWABpÝÑPq
L’´ energie m´ ecanique, lien entre ´ energie cin´ etique et ´ energie potentielle
Si toute les forces exerc´ees sur un solide (sauf le poids) ne travaillent pas alors l’´energie m´ecanique est conserv´ee.
L’´energie m´ecanique `a un instant t est la somme de l’´energie cin´etique et de l’´energie potentielle au mˆeme instant t.
EmEc Ep
Em: ´energie m´ecanique (J)
Ec : ´energie cin´etique (J)
Ep : ´energie potentielle (J) A tout instant t,
Emcst.
Si on lance une pierre vers le haut, la pierre va s’arrˆeter car sa vitesse sera nulle donc Ec0 AlorsEmEc Ep0 EpEp
La pierre redescend et au moment l’altitude de la pierre sera nulle, Ep0 AlorsEmEc EpEc 0Ec
L’´ energie interne
L’effet d’un travail d’une force n’aboutit pas toujours `a un d´eplacement du solide.
Le travail d’une force peut d´eformer un corps, modifier la pression, ´elever la temp´erature, provoquer une changement d’´etat physique.
L’´energie interne (U) d’un corps est la somme de toutes les ´energies sous diff´erentes formes qui sont li´ees `a la structure microscopique de ce corps.
Tout corps qui stocke de l’´energie augmente son capital ´energie et tout corps qui utilise son ´energie baisse son capital ´energie.
Le transfert thermique
Le transfert thermique est un mode de transfert d’´energie par contact.
Si la temp´erature du corps augmente, son capital ´energie augmente.
Si la temp´erature du corps diminue, son capital ´energie diminue.
La temp´erature peut varier sans ou avec apport de travail.
Joule fit tourner des pales afin d’agiter de l’eau. Il remarqua que la temp´erature de l’eau augmente.
(Avec apport de travail)
Si on chauffe de l’eau dans une casserole, il y aura ´el´evation de temp´erature.
(Sans apport de travail)
Ce transfert d’´energie est appel´echaleur outransfert thermique. (Q)
Le sens du transfert thermique s’effectue du corps `a la temp´erature la plus ´elev´e au corps `a la temp´erature
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la moins ´elev´e. Le transfert s’arrˆete quand les deux corps poss`edent la mˆeme temp´erature.
Le rayonnement
Le rayonnement est un mode de transfert d’´energie qui ne n´ecessite pas de contact.
Le rayonnement est compos´e d’ondes ´electromagn´etiques (principalement les ondes infrarouges).
Il suffit de placer un corps devant une source d’ondes ´electromagn´etiques (telles que la lumi`ere) de telle sorte qu’il les re¸coive.
Un corps expos´e `a une source de lumi`ere voit donc son ´energie interne augment´ee.
Le capital ´ energie
A tout syst`eme, on associe un capital ´energie.
Le capital ´energie (E), est la somme de son ´energie cin´etique, potentielle et interne.
EEc Ep U
E : capital ´energie (J)
Ec : ´energie cin´etique (J)
Ep : ´energie potentielle (J)
U : ´energie interne (J)
Variations du capital ´ energie
Si le capital ´energie diminue, le syst`emec`ede de l’´energie.
Si le capital ´energie augmente, le syst`emer´ecup`erede l’´energie.
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