Cours de Physique – Chimie Première S Partie : Comprendre lois et modèles
Thème : Formes et principe de conversion de l'énergie Chapitre XVII
FORMES ET CONSERVATION DE L'ENERGIE
Compétences attendues :• Connaître et utiliser l'expression de l'énergie cinétique d'un solide en translation et de l'énergie potentielle de pesanteur d'un solide au voisinage de la Terre.
• Réaliser et exploiter un enregistrement pour étudier l'évolution de l'énergie cinétique, de l'énergie potentielle et de l'énergie mécanique d'un système au cours d'un mouvement.
• Connaître diverse formes d'énergie.
• Exploiter le principe de conservation de l'énergie dans des situations mettant en jeu différentes formes d'énergie.
I- Énergie d'un point matériel en mouvement 1°) Notion de point matériel
Si les dimensions du système (c'est-à-dire le corps étudié) sont très petites devant la taille du domaine sur lequel il évolue, le système pourra être considéré comme ponctuel.
Dans ce cas, le système appelé « point matériel » a une vitesse unique, celle du point de l'espace où est concentrée toute sa matière.
2°) Énergie cinétique
Un mobile (objet en mouvement) possède de l'énergie en raison de son mouvement. Cette énergie est appelée énergie cinétique.
Cette expression s'applique également à un solide en mouvement de translation.
Un solide est en translation si tous les points qui le constituent ont le même mouvement. La vitesse instantanée est alors la même pour tous ses points.
3°) Énergie potentielle de pesanteur
L'énergie potentielle de pesanteur Epp d'un solide au voisinage de la Terre est l'énergie qu'il possède du fait de son altitude par rapport à la Terre.
L'altitude z est repérée sur un axe (Oz) orienté vers le haut.
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II- Conversion ou non conservation de l'énergie mécanique 1°) Énergie mécanique d'un système
2°) Cas de la chute libre
Dans le cas de la chute libre d'un solide, l'énergie cinétique et l'énergie potentielle de pesanteur s'échangent l'une et l'autre de façon à ce que l'énergie mécanique se conserve :
Em = Ec + Epp = constante soit ΔEm = 0 3°) Mouvement avec frottements
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Sans apport d'énergie, l'énergie mécanique d'un système en mouvement ne se conserve pas s'il y a des frottements mais décroît sans cesse.•
Dans un mouvement avec frottement, le transfert thermique est responsable de la dissipation de l'énergie mécanique.III- Conservation de l'énergie
1°) Diverses formes d'énergie d'un système
2°) Modes de transfert d'énergie
Les échanges d'énergie d'un système avec l'extérieur peuvent se faire selon trois modes : transfert par des forces extérieures, par rayonnement ou par transfert thermique.
3°) Principe de conservation de l'énergie
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Cours de Physique – Chimie Première S 4°) Application à la découverte du neutrino
Le physicien Ernest Rutherford a découvert que lors de la désintégration β -, un noyau radioactif père est transmuté en un noyau fils plus léger avec émission d'un électron.
En 1914, James Chadwick mesure la distribution en énergie de cet électron.
Le résultat est contraire au principe de conservation de l'énergie : Efils + Ee- < Epère
Au début des années 1930, Wolfgang Pauli (un autrichien) propose que lors de cette désintégration, il y ait aussi émission d'une particule neutre, jusqu'alors inconnue, afin que le principe de conservation de l'énergie soit respecté : il s'agissait du neutrino, dont l'existence ne fut attestée qu'en 1956.
