1/ Les différentes formes de l’énergie.

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L’exercice de la responsabilité en matière de développement durable repose sur l’analyse des besoins et des contraintes et sur la recherche de solutions nouvelles à court, moyen et long terme. Aucune amélioration ne sera possible sans le concours des sciences.

Compétences exigibles au BAC :

 Besoins énergétiques engendrés par les activités humaines : industries, transports, usages domestiques

 Quantification de ces besoins : puissance et énergie.

 Utilisation des ressources énergétiques disponibles.

 Ressources renouvelables et non renouvelables.

 Fonctionnement des centrales.

 Exploitation des énergies.

 Transport et stockage de l’énergie.

1/ Les différentes formes de l’énergie.

Le mouvement d’une voiture et son alimentation électrique sont assurés par le moteur à explosion. Ce dernier brûle, en présence d’air, l’essence dans ses cylindres de manière à entrainer un vilebrequin qui transmet son mouvement aux roues motrices via la boite de vitesse du véhicule.

Question :

1/ Nommer les différentes formes d’énergie représentées par des flèches sur le diagramme de conversion ci- dessus.

………

2/ Quel est le rôle principal du moteur à explosion ?………

……….

3/ Sur une énergie de 500 J apportée par l’essence, une énergie de 80 J est transmise aux roues motrices pour faire avancer le véhicule. Calculer le rendement du moteur à explosion du véhicule.

………

4/ Des mesures indiquent que sur ces 500 J disponibles, 25 J ont été utilisés par le système électrique de la voiture, 8 J ont produit le bruit du moteur et 387 J ont été transformés en chaleur lors de la combustion de l’essence et par les frottements des divers pièces mécaniques. Conclure.

………

……….

5/ Lors de la photosynthèse, quelle est la forme de l'énergie incidente ? Sous quelle forme retrouve- t-on l’énergie après ce processus ? ………

……….

6/ Mêmes questions pour un panneau photovoltaïque.

………

Essence Moteur

à combustion

lumières, radio,

… mouvement

chaleur bruit











Diagramme de conversion de l’énergie 

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2/ Notion d’énergie E et de puissance P

A/ Définition de l’énergie E

L’énergie est un concept difficile à définir de part son caractère très abstrait. Toutefois, le physicien Eugène HECHT en donne la définition suivante :

« L'énergie (du grec ancien ἐνέργεια) est, de manière générale, la capacité de faire un travail, c'est-à-dire d'agir. »

1 kWh = ………..

B/ Conservation de l’énergie E

L’énergie est une grandeur qui ……….

En physique, on dira qu’elle ne peut donc être ni créée, ni détruite : elle ne peut que ………..

Exemple : Conversion d’énergie dans une lampe à incandescence

1/ Sous quelle forme est l’énergie fournie à l’ampoule ? ………

2/ En quelles énergies la lampe convertit-elle l’énergie fournie ? ………

3/ Quelle est dans ce cas l’énergie utile ? ……….

4/ Pourquoi dit-on qu’une partie de l’énergie est « perdue » ? ……….

5/ On fournit 1000 joules à une ampoule à incandescence. Sachant que ce type d’ampoule ne convertit que 5% de l’énergie fournie en énergie utile, combien perd on d’énergie ?

………

……….

6/ Expliquer pourquoi les états de l’UE ont approuvé en 2008 l'interdiction des lampes à incandescence classiques à partir de 2012.

………

……….

C/ Notion de puissance P

 Arnold Schwarzenegger est capable de soulever, au maximum, une barre de 215 kg à 2 m de hauteur en 4 s

 L’homme le plus petit du monde est capable de soulever un pack de lait de 6 kg à 50 cm de hauteur en 20 s.

 L’homme le plus puissant est celui qui est capable de dégager le plus d’énergie en un minimum de

Compteur électrique 

Fiche d’identité de l’énergie E

 Notation : ………..

 Unité : ………

 Appareil de mesure : ………..

 Autres unités : En fonction de ce que l’on étudie :

- ……….

- la tonne équivalent pétrole (1tep = 42 milliards de Joules) - la calorie (1 cal = 4,182 J)

- la grande calorie (1 Cal = 1 kcal = 4182 J) - l’électron-volt (1eV = 1,6.10-19 J ) - La calorie (1 cal = 4,182 J)

- La kilocalorie (1kcal = 4182 J)

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La puissance correspond donc à un débit d’énergie, c'est-à-dire à la rapidité à laquelle quelque chose va libérer une énergie

.

D/ Quelle relation entre puissance P et énergie E ?

Exemple :

Pour amener un kilogramme d’eau de 25°C à 100°C, il faut fournir une énergie d’environ 315 kJ.

 Une plaque de cuisson d’une puissance de 1200 W fournit cette énergie en 4min et 23s.

 Une plaque de cuisson d’une puissance de 2100 W fournit cette énergie en 2min et 30s.

1/ Quelle est la plaque de cuisson la plus puissante ? Justifier.

………

2/ Combien de joules sont convertis en une seconde par cette plaque ?

………

3/ Quelle est l’énergie délivrée par cette plaque en 1 seconde ?

………

Relation entre l’énergie E, la puissance P et la durée Δt.

Formule de l’énergie E : Formule de la puissance

électrique P :

Fiche d’identité de la puissance P

 Notation : ……….

 Unité : ………..

 Appareil de mesure : ……….

 Autres unités : En fonction de ce que l’on étudie :

- le ………

- le cheval vapeur 1cv = 750 W

- le kilo volt ampère (1 kVA = 1000 W)

Rappel : Fiche d’identité de l’énergie E

 Notation : E, U, Q ou W (le plus souvent E)

 Unité : Le joule (symbole J)  C’est l’unité SI (officielle)

 Appareil de mesure : Le compteur électrique

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Ordre de puissance

 1 µW

2 à 3 kW

 20 mW  100 kW

5 à 30 W

 1 MW

30 à 100 W 1 à 3 MW

300 à 800 W

 5 GW

800 à 1 kW

 3.10²⁶

W

T Tera × 10¹²

G Giga × 10⁹

M Méga × 10⁶

k kilo × 10³

× 10⁰ m milli × 10^-3 µ micro × 10^-6 n nano × 10^-9

A B

C

D

E F

G

H

I

J

K

L

A savoir

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3/ Consommation et besoin actuels en énergie

A/ Consommation domestique

Exemple n°1 :

Voici une facture d’électricité :

1/ Quelles sont les unités utilisées pour la puissance P et l’énergie E ? Expliquer l’unité VA.

………

2/ Exprimer en kWh puis en Joules l’énergie consommée par ce particulier pendant la période de facturation.

………

3/ Exprimer en seconde la durée de facturation PUIS calculer en Watt la puissance moyenne du compteur pendant ces deux mois.

………

Exemple n°2 :

On dispose de la fiche technique de trois écrans plats actuels.

Ecran plat 50LW 23S Technologie LED Taille : 50 pouces Conso. Max : 62 W Conso Veille : 0,15 W Hors tension / veille : non / oui Alim : AC 100-240 V – 50 / 60 Hz

Ecran plat 47LC 23W Technologie LCD Taille : 47 pouces Conso. Max : 128 W Conso veille : 0,15 W Hors tension / veille : oui / oui Alim : AC 100-240 V – 50 / 60 Hz

Ecran plat 47PW 23W

Technologie PLASMA

Taille : 47 pouces

Conso. Max : 184 W

Conso veille : 0,20 W

Hors tension / veille : non / oui

Alim : AC 100-240 V – 50 / 60 Hz

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Questions :

1/ En tenant compte de toutes les caractéristiques des écrans proposés ici, est-il possible de définir la technologie qui semble la plus économe ?

………

2/ Une famille laisse son écran PLASMA en veille en moyenne 20 h par jour. Quelle est l’énergie perdue en une journée (résultat à exprimer en kWh).

………

3/ Combien de temps pourrait-on allumer une ampoule basse énergie de puissance 30 W avec cette énergie perdue ?

………

4/ Conclure sachant que dans une maison on trouve souvent de nombreux appareils en veille (TV, lecteur, PC, chaine, Box…).

………

……….

B/ Besoins énergétiques

1/ Comment évoluent nos besoins en énergie ?

………

2/ Quel est le secteur d’activité qui montre la plus grande augmentation ?

………

3/ Quel est le secteur le plus gourmand en énergie ?

………

4/ Question ouverte : Explique pourquoi le secteur industriel voit sa consommation électrique stagner depuis quelques années en France.

………

5/ Question ouverte : Comment faire pour consommer moins et mieux. Donne des exemples d’actes quotidiens permettant de faire des économies d’énergie

………

Doc 2 : Evolution de la consommation

énergétique en France 

 Doc 1 : Répartition des consommations 2009 d’énergie en France par secteur d’activité

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