Energie, puissance et rendement

Formes et transformations d’énergie. Notes de cours
samedi 24 mai 2008
par  Sonia La Bella
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Qu’est-ce que l’énergie ?
L’énergie c’est ce qui permet de faire quelque chose. Il existe différentes formes d’énergie :

Énergie renouvelable

- l’énergie solaire

- l’énergie éolienne

- l’énergie géothermique

Énergie non renouvelable

- l’énergie nucléaire

- l’énergie thermique (combustion du charbon, du mazout, du bois, etc.)

- l’énergie potentielle (retenue d’eau des barrages)

Énergie potentielle
Lorsqu’un barrage retient de l’eau en altitude, cela correspond à une réserve d’énergie. Par différentes transformations, on obtient de l’énergie électrique. Lorsque l’eau descend jusqu’à la centrale, l’énergie potentielle se transforme en énergie cinétique. L’eau acquiert une vitesse et permet de faire tourner une turbine qui actionne une dynamo. Cette dynamo permet de transformer l’énergie cinétique en énergie électrique.

L’énergie potentielle d’une masse d’eau m retenue par un barrage situé à une altitude h est donnée par

Epot=mgh

m est la masse en kilogramme

g est l’accélération terrestre $9.81 m/s^2$

h est l’altitude en mètre

L’unité de l’énergie dans le système international (SI) est le joule J. (1 joule correspond à l’énergie nécessaire pour élever une masse de 100 g (0.1 kg) d’une hauteur de 1 mètre)

Énergie cinétique
L’énergie cinétique est associée au mouvement. Elle fait intervenir la masse et la vitesse

$E_{cin}=\frac{mv^2}{2}$

m est la masse en mouvement et v la vitesse de mouvement.

ATTENTION : la vitesse doit être exprimée en m/s, pour passer des km/h au m/s il faut donc diviser 5.4 par 3.6 (=15)

1km/1h = 1000m/3600s

Exemple : une voiture de 1200 kg roule a 54 km/h. Que vaut son énergie cinétique ?

$E_{cin}=\frac{1200*15^2}{2}$

Énergie électrique
Lorsqu’un appareil électrique est branché sur le secteur (les prises, en Suisse délivrent une tension U de 220V), il est parcouru par courant électrique d’intensité I qui se mesure en ampère A. Sur tout appareil électrique, on peut lire deux indications : la tension de service en volt (V) et la puissance de l’appareil en watt (W). Ces grandeurs sont reliées entre elles par la relation suivante :

Puissance= tension*intensité du courant (P=U*I)

Cette puissance se mesure en watt (W). Une puissance de 1 W correspond à une dépense d’énergie de 1 joule (J) en 1 seconde (s)

George a fait 15 pompes en 10 secondes. On admet qu’il soulève une masse de 40kg sur une distance de 60cm. Calculez l’énergie dépensée par George ainsi que sa puissance.

Pour une pompe, l’énergie potentielle mise en réserve en position haute vaut Epot=mgh

40*9.81*0.6=235.44 J

pour 15 pompes : 40*9.81*0.6*15=35331.6 J

Ces 15 pompes on été effectuées en 10 s. La puissance est donnée par

Énergie/temps=3531.6/10=353.16 W

Puissance=Énergie/temps