ETC3 - CONVERSION ET TRANSFERT DE L’ÉNERGIE

Physique L'énergie, ses transferts et ses conversions #3

Attendus de fin de cycle Identifier les sources, les transferts, les conversions et les formes d’énergie.

Info

Chapitre ETC3 Conversion et transfert de l'énergie

Un parc éolien. Une centrale éolienne, parc éolien, ou ferme éolienne, est un site regroupant plusieurs éoliennes produisant de l'électricité.

Info

Index

Activité 3

Activité 2

Activité 1

Les activités expérimentales ou documentaires réalisées en classe, les bilans à recopier et à apprendre avec les notions-clés du chapitre

Bilan 3

Bilan 4

Bilan 1

Bilan 2

1. L'énergie et ses modes de transfert

• L’énergie d’un système est une valeur qu’on lui associe à partir des grandeurs qui le caractérisent. Elle permet de comparer ce système à d’autres et d’étudier comment ils s’influencent.
• La baisse de l’énergie d’un système implique l’augmentation de celle d’un autre. Il s’agit d’un transfert d’énergie entre ces deux systèmes.
• Les différents modes de transfert de l’énergie sont entre autres : - le transfert d'énergie thermique,

- le transfert d'énergie électrique, - le transfert d'énergie cinétique, - le transfert d'énergie par rayonnement.

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Activité 1

⌚🧲 Qu'est-ce qu'un transfert d'énergie ?

Video

Cette vidéo flash aborde la notion de transfert d'énergie. La définition est précisée et deux exemples pour permettre une meilleure compréhension sont donnés.

2. Conversion et chaîne d'énergie

• Il existe de nombreuses formes d’énergie. Un convertisseur est un dispositif qui convertit l’énergie d’une forme à une autre.
• Par exemple, un fer à repasser convertit de l’énergie électrique en énergie thermique.
• L’ensemble des conversions et des transferts d’énergie d’un système à un autre peut être modélisé par une chaine énergétique.

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Activité 1

⌚🧲 Qu'est-ce qu'une conversion d'énergie ?

Video

Cette vidéo flash aborde la notion de conversion d'énergie. La définition est donnée et deux exemples concrets sont proposés.

3. Les centrales et l'énergie électrique

• Dans les centrales électriques, des alternateurs convertissent de l’énergie cinétique (liée au mouvement), en énergie électrique.
• L’énergie électrique obtenue ne peut pas être stockée : elle est transférée au réseau de lignes électriques ou doit être convertie, par exemple, en énergie chimique qui sera stockée dans des batteries.
• Dans certaines centrales, l’utilisation des sources d’énergie fossiles comme combustible libère une grande quantité de dioxyde de carbone dans l’atmosphère, ce qui contribue à l’augmentation de l’effet de serre, principale cause du dérèglement climatique.

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Activité 2

4. Énergie et durée de conversion

• L’énergie E que fournit un convertisseur d’énergie est proportionnelle à la durée t de la conversion. Le coefficient de proportionnalité entre ces grandeurs est nommé puissance et se note P. On a : E = P × t.
• Dans le système international, l’énergie E s’exprime en joule (J), la puissance P en watt (W) et le temps t en seconde (s).
• Plus un convertisseur est puissant, plus la durée nécessaire pour qu’il convertisse une quantité d’énergie donnée est réduite.
• Le watt-heure (Wh) et le kilowatt-heure (kWh), produits d’une puissance (1 W ou 1 kW) et d’une durée (1 h), sont des unités d’énergie adaptées pour exprimer l’énergie que convertissent les appareils électriques.

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Activité 3

⌚🧲 Energie électrique consommée par un appareil électrique

Video

Cette vidéo flash explique comment déterminer l'énergie électrique consommée par un appareil électrique (E = P x t). Il est fait allusion aux unités couramment utilisées (Wh et kWh) mais aussi au rôle du compteur électrique (à disque ou électronique).

📝🧲 Exercices sur l'énergie électrique

Video

Cette vidéo présente trois exercices corrigés sur l'énergie électrique.

L'énergie et les brûlures

"Qu'est-ce qui cause une brûlure ? Que se passe-t-il quand on se brûle ?"

Il existe de nombreuses façons de se brûler : par contact avec une source chaude, par action d'une flamme, par coup de soleil, par électrisation... Pourtant, pour les physiciens, elles ont toutes un point commun.

RAPPEL

Hospitalisation pour brûlures en France

8 000 patients sont hospitalisés pour brûlure en France métropolitaine chaque année

Info

Les brûlures sont majoritairement accidentelles (94% des patients) et principalement causées par contact avec des liquides chauds : première cause de brûlure chez les 0-4 ans et les 5-14 ans. Le contact avec des objets chauds est la deuxième cause de brûlure chez les enfants de 0 à 4 ans.

(source : www.santepubliquefrance.fr)

Les brûlures

Les brûlures

Aspects physiques

Aspects biologiques

Les tissus qui composent le corps sont fragiles. Leur température ne doit pas s’éloigner de la température ordinaire du corps : 37 °C. Une élévation importante les détruit, car les molécules qui composent ces tissus ont alors des mouvements si importants que le tissu en est affecté. Les transferts d’énergie qui entraînent une élévation de la température des tissus corporels doivent donc être évités.

Une brûlure est une destruction partielle ou totale des tissus du corps (peau, voies aériennes, digestives, etc.). Elle peut avoir différentes causes : une exposition trop longue au rayonnement solaire, la circulation d’un courant électrique dans le corps, le contact avec une substance à température trop élevée, un frottement mécanique, etc. La gravité de la brûlure dépend de sa localisation, de sa profondeur, de son étendue.

Réaliser une chaine énergétique

Energie 2 transférée

Energie 1 transférée

Réservoir d'énergie 1

Réservoir d'énergie 2

Convertisseur d'énergie

Obtenir de l'énergie électrique

"Quelle est la provenance de l'énergie que fournit une centrale électrique ? Comment ces centrales fonctionnent-elles ?"

Les centrales électriques permettent de répondre aux besoins en énergie électrique de la population. Près de 99% de l'énergie électrique mondiale est obtenue par quatre types de centrales. Toutes fonctionnent selon le même principe mais n'utilisent pas la même source d'énergie.

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Bilan électrique 2023

Une production totale d’électricité en hausse, grâce à la progression des renouvelables et au redressement partiel de la production nucléaire

Le volume de production a nettement progressé en 2023 (+11 %) par rapport au niveau historiquement bas de l’année 2022, atteignant 494,7 TWh (contre 445,5 TWh en 2022). Toutefois, il est resté inférieur à celui des années précédentes aux crises sanitaire et énergétique (537,6 TWh en moyenne au cours de la période 2014-2019), et même à celui de l’année 2020 (499,8 TWh), pourtant marquée par le confinement. En effet, du fait de la baisse structurelle de la consommation [...], l’équilibre du système électrique a été atteint en 2023 avec une production et une consommation plus faible que celles de 2020 ou des années précédentes.

Info

Les centrales électriques

Une centrale électrique est un site industriel destiné à la production d'électricité. Les centrales électriques alimentent en électricité, au moyen du réseau électrique, les consommateurs, particuliers ou industriels éloignés de la centrale. La production d'électricité y est assurée par la conversion en énergie électrique d'une énergie primaire qui peut être soit cinétique (force du vent, force de l'eau des rivières, des marées...), soit chimique (combustibles, fossiles ou non, tels que la biomasse), soit nucléaire, soit solaire. Hormis dans les centrales photovoltaïques, la production d'électricité est assurée par un alternateur entraîné par une turbine.

Choisir une bouilloire électrique

"Sur quel critère apprécie-t-on l'efficacité d'une bouilloire ? A quelle caractéristique technique ce critère est-il lié ?"

Pour le thé ou pour le café, la bouilloire électrique est l’alliée idéale. Mais, parmi la multitude d’appareils proposés, faire un choix peut s’avérer être un véritable casse-tête.

Info

Comparaison des deux bouilloires

Bouilloire MEZIERES

Bouilloire PROLINE

700 watts - Capacité 1 litre

1 630 watts - Capacité 1,7 litre

Info

Info

Protocole expérimental

Ebullition d'un litre d'eau avec 2 bouilloires différentes

Etape 1

Etape 2

Etape 3

Etape 4

Lorsque l'eau atteint une ébullition nette, pour qu'une bouilloire s'éteigne, arrêter le chronomètre correspondant et noter la durée indiquée.

Déclencher les chronomètres et mettre les bouilloires en marche simultanément.

Relever la valeur indiquée par les deux compteurs d'énergie.

A l'aide d'un bécher, remplir les deux bouilloires avec 1 L d'eau.

materiel

Info

Ebullition d'un litre d'eau avec 2 bouilloires différentes

Relation entre énergie E (Wh), puissance P (W) et durée t (h)

Mesure de la durée de chauffage et de la quantité d'énergie convertie pour chaque bouilloire (vidéo accélérée x2).

E = P x t

L’énergie E convertie par un appareil est proportionnelle à la durée t de son fonctionnement. Ce coefficient de proportionnalité entre ces grandeurs est la puissance P de l’appareil. ​ Dans le système international, l'énergie s'exprime en joule (J), la puissance en watt (W) et la durée en seconde (s).

L'essentiel !

Chapitre ETC3 - Conversion et transfert de l'énergie

L'énergie d'un système caractérise sa situation. Pour qu'elle change, un transfert d'énergie doit avoir lieu.

# 1

Un appareil électrique est un convertisseur d'énergie : il reçoit de l'énergie électrique et restitue de l'énergie thermique, lumineuse ou cinétique.

# 2

Dans une centrale électrique, l'alternateur convertit l'énergie cinétique qu'il reçoit en énergie électrique. Le fonctionnement d'une centrale thermique à flamme s'accompagne d'un dégagement de dioxyde de carbone.

# 3

L'énergie E restitué par un convertisseur est proportionnelle à la durée t de la conversion. La puissance P du convertisseur est le coefficient de proportionnalité qui les relie. On écrit : E = P x t.

# 4

Eureka!

Merci de votre attention !

Pensez à apprendre votre cours.

La centrale nucléaire de Nogent-sur-Seine.

La centrale nucléaire de Nogent possède 2 réacteurs à eau pressurisée de 1 300 MW. En 2020, elle a produit 15,71 TWh d'électricité sans émettre de dioxyde de carbone, ce qui couvre les besoins de plus de 3,4 millions de foyers français chaque année. Mise en service entre 1987 et 1988, elle utilise l’uranium comme combustible nucléaire.

Le parc éolien des Portes de Champagne.

Le parc éolien des Portes de Champagne est situé sur les communes des Essarts le Vicomte et de la Forestière.Il est constitué de 6 éoliennes pour une puissance totale installée de 12,3 MW (mégawatts). Mise en service en 2013, sa production correspond à la consommation électrique annuelle d’environ 12 000 habitants, soit environ la population la ville de Provins. Elle permet d’éviter, le rejet dans l’atmosphère d’environ 2 000 tonnes de dioxyde de carbone par an.

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La centrale solaire de Romilly-sur-Seine.

La centrale solaire de Romilly-sur-Seine, d’une puissance de 7,5 MW, produit 8 900 MWh par an, l'équivalent de la consommation électrique annuelle de 3 700 habitants. Mise en service en 2011, cette centrale, qui s'étend sur 21 hectares, est composée de 100 000 panneaux photovoltaïques. Son fonctionnement se fait sans émission de dioxyde de carbone.

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Principe d'une centrale hydroélectrique

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Chaîne énergétique d'une éolienne

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La centrale thermique de Vaires-sur-Marne.

La centrale de Vaires-sur-Marne située en Seine-et-Marne est constituée de trois turbines à combustion (TAC) d’une puissance unitaire de 185 MW (megawatt) fonctionnant au fioul. Mises en service en 2008 et 2009, elles produisent l’équivalent de la consommation électrique d’une ville de 500 000 habitants. Comme toutes les centrales thermiques, la centrale de Vaires-sur-Marne émet du dioxyde de carbone.

Réaliser une chaine énergétique

Une chaine énergétique décrit une situation d'un point de vue énergétique. On y distingue :

• les réservoirs d'énergie, systèmes qui permettent de stocker de l'énergie ;
• les convertisseurs d'énergie, systèmes qui transforment l'énergie qu'ils reçoivent en une autre forme d'énergie ;
• les transferts d'énergie entre deux systèmes.

Un réservoir d'énergie est symbolisé par un rectangle, un convertisseur d'énergie par un ovale et un transfert d'énergie par une flèche.

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