Énergie et transformations : exercices corrigés de 2de

Accrochée à la branche, la pomme est en hauteur : elle possède de l'énergie potentielle de pesanteur.

Pendant la chute, sa hauteur diminue et sa vitesse augmente : l'énergie potentielle de pesanteur se convertit en énergie cinétique ⁴.

Aucune énergie n'est créée : l'énergie potentielle diminue exactement de ce que l'énergie cinétique gagne, car l'énergie se conserve et seule sa forme change ².

La source d'énergie est le vent, qui possède de l'énergie cinétique ⁵.

Les pales sont mises en mouvement : le vent leur transfère de l'énergie, qui devient de l'énergie mécanique de rotation.

L'alternateur convertit l'énergie mécanique en énergie électrique ⁴.

Dans la lampe, l'énergie électrique est convertie en énergie rayonnante (lumière), avec une part d'énergie thermique.

Chaîne : vent (énergie cinétique) → éolienne et alternateur (convertisseurs) → énergie électrique → lampe (convertisseur) → énergie rayonnante + énergie thermique.

L'énergie se conserve : l'énergie reçue est égale à l'énergie utile plus l'énergie dissipée ².

On isole les pertes : $E_{pertes} = E_{reçue} - E_{utile}$.

Application numérique : $E_{pertes} = 500 - 350 = 150$ J.

Le rendement est le quotient de l'énergie obtenue sous la forme désirée par l'énergie fournie à l'entrée du convertisseur ⁶.

On écrit $\eta = \dfrac{E_{utile}}{E_{reçue}}$.

On remplace : $\eta = \dfrac{350}{500} = 0{,}70$.

En pourcentage : $0{,}70 \times 100 = 70\ \%$.

Bilan par conservation de l'énergie : $E_{élec} = E_{méca} + E_{th}$ ².

Donc $E_{méca} = 2000 - 400 = 1600$ J.

Rendement : $\eta = \dfrac{E_{méca}}{E_{élec}} = \dfrac{1600}{2000}$ ⁶.

Calcul : $\eta = 0{,}80$, soit 80 %.

Le joule est l'unité de l'énergie dans le Système international ⁶ ; on s'en sert pour comparer des calculs ou appliquer des formules qui l'exigent.

Le kWh est une autre unité d'énergie, courante pour la consommation électrique ⁵.

On multiplie par le facteur de conversion : $E = 0{,}5 \times 3{,}6 \times 10^{6}$.

Résultat : $E = 1{,}8 \times 10^{6}$ J, soit 1 800 000 J.

Le gaz subit une transformation chimique, la combustion : la chaleur provient de la transformation chimique d'un combustible ⁵.

L'énergie stockée dans le gaz est transférée à l'eau et à l'air sous forme thermique ; une partie s'échappe vers l'extérieur par les fumées et les parois.

Pour le physicien, cette énergie ne se crée pas et ne se détruit pas pendant la combustion : elle change de forme et passe d'un système à un autre ⁶.

Le mot « consommation » relève de l'usage courant ou de l'économie : il désigne le moment où l'énergie sert à une tâche, pas sa disparition ⁶.

On écrit la chaîne : énergie mécanique de l'eau → turbine → énergie mécanique de rotation → alternateur → énergie électrique ⁵⁴.

Sortie de la turbine : $E_1 = 0{,}90 \times 1000 = 900$ MJ.

Sortie de l'alternateur : $E_2 = 0{,}95 \times 900 = 855$ MJ.

Rendement global : $\eta = \dfrac{855}{1000} = 0{,}855$, qui est aussi $0{,}90 \times 0{,}95$.

Pertes totales : $1000 - 855 = 145$ MJ, dissipées par transfert thermique dans les deux convertisseurs ².

Énergie potentielle initiale : $E_p = 0{,}15 \times 10 \times 2 = 3$ J.

Sans frottements, l'énergie potentielle de pesanteur se transforme intégralement en énergie cinétique, car l'énergie se conserve ⁴² : $E_c = 3$ J.

On écrit $\tfrac{1}{2} m v^2 = 3$, donc $v^2 = \dfrac{2 \times 3}{0{,}15} = 40$.

Ainsi $v = \sqrt{40} \approx 6{,}32$ m/s.