Energie

Les échanges d'énergie

L’énergie circule entre objets par transfert ou par conversion.

• Transfert : même forme d’énergie passe d’un objet à un autre (ex. : chaleur d’un radiateur → air de la pièce).
• Conversion : l’énergie change de forme (ex. : panneau solaire transforme lumière → électricité).

Pour décrire ces échanges on utilise souvent la chaîne d’énergie 

  Exemple de chaine d'énergie:

Le transfert d'énergie thermique par rayonnement

Un objet chaud émet un rayonnement souvent sous forme de "lumière invisible" appelés infrarouge. 
Un objet qui reçoit cette énergie rayonnante, l’absorbe et se réchauffe.
L’émission et l’absorption d’énergie rayonnante correspondent donc à un transfert d’énergie. Contrairement aux autres transferts d'énergie thermique, le transfert de chaleur par rayonnement n’a pas besoin de matière : il peut traverser le vide.

  Exemples :
- Le rayonnement du Soleil traverse le vide de l’espace et réchauffe la Terre.
- Une caméra thermique (image thermographique) « voit » le rayonnement émis par un corps chaud.

Mesurer l'énergie

Toutes les formes d’énergie se mesurent avec la même unité : le Joule (J). On utilise aussi le kilowatt-heure (kWh) pour la consommation électrique.

Repères : lever 1 kg sur 1 m ≈ 10 J ; 1 h d’éclairage LED ≈ 36 000 J.

Conservation de l'énergie

Dans un système isolé : énergie reçue = énergie envoyée. 
  Exemple : une lampe reçoit 100 J d’électricité → 20 J lumière + 80 J chaleur = 100 J.

L'énergie mécanique

L’énergie mécanique (Em) est la somme de l’énergie liée au mouvement (cinétique) et de l’énergie liée à la position (potentielle).

  Formules : 

• Énergie mécanique : $E_m = E_c + E_p$
  • Avec toutes les énergies en Joules (J)
• Énergie cinétique : $$E_c = \frac{1}{2} \times m \times v^2$$
  • m en kg
  •     v en m/s
• Énergie potentielle de pesanteur: $$E_p = m \times g \times h$$
  • m en kg
  • g ≈ 9,81 N/kg ≈ 10 N/kg
  • h en m 

 Exemple : balle de masse 0,5 kg à 2 m de hauteur et lancée à 4 m/s :

• Ep = 0,5 × 10 × 2 = 10 J
• Ec = ½ × 0,5 × 4² = 4 J
• Em = 10 + 4 = 14 J

Simulation de l'Énergie Mécanique

Énergie et puissance

La puissance indique la vitesse à laquelle l’énergie est utilisée ou produite.

Analogie : l’énergie = volume d’eau dans un réservoir ; la puissance = débit du robinet.

  Formule fondamentale

$$E = P \times \Delta t$$

• E : énergie (J) ou (plus pratique pour la facturation) kWh
• P : puissance (W ou kW)
• Δt : durée (s ou h)

  Exemples

• Ampoule 60 W allumée 2 h → E = 60 W × 2 h = 120 Wh = 0,12 kWh
• Radiateur 2 kW allumé 3 h → E = 2 kW × 3 h = 6 kWh
• Four 1500 W pendant 45 min → 1,5 kW × 0,75 h = 1,125 kWh