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Marianne

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Les conversions d'énergie physique

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La mise à disposition de l’énergie

  • Il y a deux types de ressources énergétiques disponibles pour produire de l’énergie :
  • les ressources énergétiques renouvelables, c’est-à-dire qu’elles sont inépuisables car leur utilisation par l’Homme ne diminue pas la capacité de ces ressources à produire de l’énergie ;
  • les ressources énergétiques non renouvelables, qui, elles, sont épuisables car leur utilisation par l’Homme diminue les stocks disponibles.
  • Pour que le consommateur puisse utiliser l’énergie, il faut la transporter de la zone de formation de l’énergie vers la zone de consommation de l’énergie
  • L’énergie peut être transportée directement sous sa forme brute, ou sous forme d’énergie électrique.
  • De très nombreuses ressources sont stockables, sauf l’électricité qui doit être produite en continue.

La chaîne énergétique

  • La puissance est la vitesse à laquelle l’énergie est transférée d’un système à un autre : P=E/Δt\text{P=E}/\Delta t
  • Une chaîne énergétique est la description des transferts d’énergie et de puissance entre des systèmes, ainsi que le type d’énergie mis en jeu.
  • Par convention, on représente dans la chaîne énergétique :
  • les systèmes utilisant l’énergie dans des ellipses ;
  • les réservoirs d’énergie dans des rectangles ;
  • les transferts d’énergie ou de puissance par des flèches, au-dessus desquelles on indique leur nature.
  • Comme l’énergie se conserve et qu’aucun système n’est parfait, une partie de cette énergie est transférée vers le milieu extérieur, souvent sous forme d’énergie thermique.
  • Le rendement d’une conversion est le rapport entre l’énergie utilisable après conversion et l’énergie disponible au préalable, où la puissance utilisable après conversion et l’énergie disponible au préalable :

η=Eutil/Edisp=Putil/Pdisp\eta=\text{E}_{\text{util}}/\text{E}_{\text{disp}}=\text{P}_{\text{util}}/\text{P}_{\text{disp}}Putil/Pdisp

La conversion de l’énergie dans un circuit électrique

  • La puissance électrique reçue ou générée par un appareil électrique est égale au produit de la tension U entre ses bornes par l’intensité qui le traverse : P=U×I\text{P=U}\times \text{I}
  • L’énergie électrique reçue ou générée par un dipôle est égale au rapport de sa puissance par le temps au cours de laquelle elle est débitée :

E=P×Δt\text{E}=\text{P}\times \Delta t

on en déduit que E=U×IΔt\text{E=U}\times \text{I}\Delta t

  • Un récepteur électrique est un dipôle qui reçoit de l’énergie électrique et la transforme en un autre type d’énergie. Un générateur électrique est un dipôle qui génère de l’énergie électrique en convertissant un autre type d’énergie.
  • L’intensité I\text{I} et la tension U\text{U} aux bornes d’un récepteur ou d’un générateur sont des grandeurs qui peuvent être positives ou négatives selon qu’on place les bornes du voltmètre ou de l’ampèremètre dans le bon sens ou dans le mauvais sens. Ces grandeurs sont représentées par des flèches, par convention
  • pour un générateur la tension et l’intensité sont dans le même sens ;
  • pour un récepteur la tension et l’intensité sont dans des sens opposés.
  • Une résistance, ou conducteur ohmique, est un récepteur d’énergie électrique qui convertit l’énergie électrique en énergie thermique dissipée vers le milieu extérieur : c’est l’effet Joule.
  • La caractéristique d’une résistance est la relation entre la tension à ses bornes et l’intensité qui la traverse.
  • D’après la loi d’Ohm la tension UAB\text{U}_{\text{AB}} entre les bornes d’une résistance est le produit de sa résistance par son intensité : U=R×I\text{U}=\text{R}\times \text{I}
  • À partir de la loi de Joule, on peut déterminer la puissance dissipée par effet Joule, ainsi on a P=U×I\text{P}=\text{U}\times \text{I}, or U=R×I\text{U}=\text{R}\times \text{I} on en déduit donc que Peffet/ joule=R×I2\text{P}_{\text{effet/ joule}}=\text{R}\times \text{I}^2
  • La tension U\text{U} aux bornes d’un générateur est : U=E-RI\text{U}=\text{E-RI}
  • On peut définir la puissance chimique d’un générateur comme étant le produit de sa force électromotrice par l’intensité qu’elle débite : Pchim=E×I\text{P}_{\text{chim}}=\text{E}\times \text{I}
  • L’énergie thermique dissipée par effet Joule est Ptherm = r.I2
  • Ainsi, la puissance chimique se convertit en puissance électrique et en puissance thermique :

Pchim=Peˊlec+Pjoule\text{P}{\text{chim}}=\text{P}{\text{élec}}+\text{P}_{\text{joule}}

  • Le rendement d’un générateur électrique est le rapport de la puissance électrique fournie sur la puissance chimique reçue :

η=PeˊlecPchim=UIEI=UE\eta =\frac{\text{P}{\text{élec}}}{\text{P}{\text{chim}}}=\frac{\text{U}\cdot \text{I}}{\text{E}\cdot\text{I}}=\frac{\text{U}}{\text{E}}