Fiche de révision : Énergie et conversions énergétiques

📋 Plan du Cours

1. Sources formes et usages énergétiques
2. Bilan convertisseurs et rendement
3. Puissance relations et stockage
4. Énergie intégrale et aires

📖 1. Sources formes et usages énergétiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Énergie chimique : Directement stockée dans les liaisons chimiques des molécules de carburant.

★ À maîtriser

📌 L’énergie hydraulique est une source entièrement renouvelable à l’échelle humaine, contrairement à l’uranium, au gaz naturel et au pétrole brut.

📌 Le charbon est une source primaire non renouvelable, tandis que l’énergie éolienne, le rayonnement solaire et la géothermie sont des sources renouvelables.

Compléments

• Le rayonnement émis par le Soleil est une forme d’énergie lumineuse ou électromagnétique.

• L’électricité consommée par une pompe à chaleur d’habitation sert principalement au chauffage et à la thermique du bâtiment.

💡 Astuce mémo

Renouvelable comme l’hydraulique, non renouvelable comme le charbon

📖 2. Bilan convertisseurs et rendement

★ À maîtriser

📐 Formule — Le rendement énergétique d’un convertisseur vérifie $\eta = \frac{E_{utile}}{E_{absorbée}}$.

📌 Dans un système fermé, l’énergie absorbée est égale à la somme de l’énergie utile et des pertes.

📌 Pour un convertisseur réel fonctionnant en régime permanent, le rendement vérifie toujours $0 < \eta < 1$, soit moins de 100 %.

• Une ampoule absorbant 100 J et dissipant 80 J sous forme de chaleur fournit 20 J d’énergie lumineuse et possède un rendement lumineux de 20 %.

Compléments

📌 Une machine électrique à courant continu peut fonctionner réversiblement comme moteur ou comme génératrice, contrairement à un panneau photovoltaïque, une résistance chauffante ou une lampe à LED.

💡 Astuce mémo

Énergie absorbée → énergie utile + pertes

📖 3. Puissance relations et stockage

★ À maîtriser

📐 Formule — La puissance moyenne vérifie $P = \frac{E}{\Delta t}$, donc l’énergie vérifie $E = P\Delta t$.

📐 Formule — La puissance instantanée s’exprime par $P(t) = \frac{dE(t)}{dt}$.

• Un wattheure équivaut exactement à 3 600 joules.

Compléments

📐 Formule — Pour une batterie de capacité 50 A·h et de tension nominale 12 V, l’énergie emmagasinée vaut $E = QU = 600\,Wh$.

• Un appareil de puissance 2 kW fonctionnant pendant 3 heures consomme une énergie de 6 kWh.

💡 Astuce mémo

Puissance × durée → énergie

📖 4. Énergie intégrale et aires

★ À maîtriser

📐 Formule — L’énergie reçue entre les instants t₁ et t₂ s’exprime par $E = \int_{t_1}^{t_2} P(t)\,dt$.

📌 Sur le graphique de la puissance en fonction du temps, l’énergie totale correspond à l’aire située sous la courbe entre t₁ et t₂.

Compléments

• Lorsque la courbe de puissance est complexe et non analytique, l’énergie consommée peut être évaluée par intégration numérique des rectangles.

• Une puissance augmentant linéairement de 0 à 100 W en 10 secondes fournit une énergie de 500 J, égale à l’aire du triangle.

• Une puissance constante de 50 W pendant 20 secondes transfère une énergie de 1 000 J, égale à l’aire du rectangle.

💡 Astuce mémo

L’énergie comme l’aire sous la courbe de puissance