ENERGIE et PUISSANCE

1.1. Définition

La force est l'agent du changement et l'énergie est une mesure du changement.

L'énergie pure n'existe pas. Suivant le système considéré, on lui associera une énergie mécanique, une énergie thermique, une énergie électrique, une énergie de rayonnement, une énergie nucléaire. La propriété fondamentale de l'énergie est de pouvoir changer de forme : elle se transfert et modifie sa nature.

1.2. Le travail

le produit de la force et de la distance sur laquelle elle agit, mesure la variation d'énergie.

Le travail W (Work) est la variation de l'énergie d'un système, due à l'application d'une force F, agissant sur une distance d :W = F.d , dans le cas où la force et le déplacement ont même sens et même direction.L'unité de travail est le Joule (J), de force, le Newton (N) et de distance, le mètre (m).

1. 2. Le travail

Un skieur est tracté par une perche d'un téleski. Seule la composante de la force de traction FT parallèle au déplacement travail. Cette composante est FT.cos30°

1. 3. Le principe de conservation de l’énergie

(a) Dans un solide, chaque atome oscille au voisinage de sa position d'équilibre et entre en collision (interagissant électromagnétiquement) avec ses proches voisins. (b) Dans un liquide, les positions d'équilibre se déplacent et chaque atome vibre avec une plus grande amplitude. (c) Dans les gaz, les oscillations disparaissent et le mouvement est essentiellement libre, jusqu'à ce que les atomes entrent en collision.

1. 3. Le principe de conservation de l’énergie

Expérience de Rumford. (Fig.1) Un solide fût de canon (Fig.2) fut transformé en cynindre court et large à son extrémité (Fig.3) puis enfermé dans un caisson de bois représenté dans la Fig.4. Un foret (Fig.5 et 6) fut enfoncé de force dans le cylindre et le cylindre mis en rotation par un attelage de chevaux (non illustrés). Le caisson était rempli d'eau qui fut assez rapidement portée à ébullition.

1. 3. Le principe de conservation de l’énergie

Dispositif de Joule pour déterminer l'équivalence mécanique de la chaleur. En tombant, les poids font tourner les palettes, ce qui accroît la température de l'eau. L'énergie potentielle gravitationnelle est transformée en énergie cinétique des palettes puis de l'eau. Cette énergie cinétique finit par être transformée en énergie thermique dans l'enceinte isolée.

1. 3. Le principe de conservation de l’énergie

L'énergie thermique est l'énergie cinétique désordonnée totale associée à un groupe de particules (habituellement des atomes, des ions et des électrons) à l'intérieur du corps.

Le travail est l'énergie mécanique organisée transférée au corps ou du corps, au moyen d'une force agissant à distance.

La quantité de chaleur est l'énergie thermique transférée, par les collisions des particules, d'une région de haute température vers une région de basse température.

1. 3. Le principe de conservation de l’énergie

L'énergie ne peut être ni créée ni détruite, mais transférée seulement d'un système à un autre et transformée d'une forme à une autre.

Ainsi, pour un système donné, l'énergie totale que reçoit le système est égale à l'énergie qu'il fournit plus sa variation d'énergie interne : ΔWR = ΔWI + ΔWF

1. 3. Définition de la puissance

Puissance = (travail effectué)/(intervalle de temps) .

la puissance est la cadence à laquelle l'énergie est transformée d'une forme à une autre, ou transférée d'un système à un autre.

Pm = ΔW / ΔtPm s'exprime en Watt (W) si ΔW est en Joule (J) et Δt en

seconde.

2. 1. Energie fournie à une charge électrique

Ainsi, une charge q soumise à une tension électrique U constante, reçoit une énergie ΔW = q.UΔW s'exprime Joule (J), q en Coulomb (C) et U en Volt (V).

la relation donnant l'énergie que reçoit un dipôle soumis à une tension continu U et traversé par un courant continu I

est :ΔW = U.I.Δt

ΔW s'exprime Joule (J), U en Volt (V), I en Ampère (A) et Δt en seconde (s).

2. 2. La puissance électrique

La puissance électrique d'un dipôle soumis à une tension continu U et traversé par un courant continu I est :

P = U.I P s'exprime en Watt (W), U en Volt (V) et I en Ampère (A).

2. 3. Energie stockée par un condensateur

ΔW = 1/2 Pf.tf = 1/2 Uf.If.tf = 1/2 Uf.Qf

2. 3. Energie stockée par un condensateur

L'énergie stockée dans un condensateur ne dépend pas de la façon dont il a été chargé, mais de la charge Q accumulée

et de la tension U à ses bornes : ΔW = 1/2 Q.U = 1/2 Q²/C = 1/2 C.U²

ΔW s'exprime en (J), Q en Coulomb (C), U en Volt (V) et C en Farad (F).

2. 4. La loi de Joule

L'énergie dissipée par effet Joule dans un résistor de résistance R et traversé par un courant continu d'intensité I

est : ΔWJ = R.I².Δt

C'est la loi de Joule.

2. 5. Mesure de la puissance et de l'énergie électrique

3. 1. Bilan de puissance pour un système à énergie interne constante

Le bilan de puissance d'un système s'écrit de la façon suivante :

PF = PU + pp ; donc PA = PU + pp

Les puissances s'exprime en Watt (W).