ENERGIE et PUISSANCE

1
ENERGIE et PUISSANCE
2
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.
3
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).
4
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
5
1. 3. Le principe de conservation de lénergie
(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.
6
1. 3. Le principe de conservation de lénergie
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.
7
1. 3. Le principe de conservation de lénergie
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.
8
1. 3. Le principe de conservation de lénergie
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.
9
1. 3. Le principe de conservation de lénergie
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 ?WR
?WI ?WF
10
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 ?W / ?tPm s'exprime en Watt (W) si ?W est
en Joule (J) et ?t en seconde.
11
2. 1. Energie fournie à une charge électrique
Ainsi, une charge q soumise à une tension
électrique U constante, reçoit une énergie ?W
q.U?W 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 ?W U.I.?t?W
s'exprime Joule (J), U en Volt (V), I en Ampère
(A) et ?t en seconde (s).
12
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).
13
2. 3. Energie stockée par un condensateur
?W 1/2 Pf.tf 1/2 Uf.If.tf 1/2 Uf.Qf
14
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 ?W 1/2 Q.U 1/2 Q²/C 1/2 C.U² ?W
s'exprime en (J), Q en Coulomb (C), U en Volt (V)
et C en Farad (F).
15
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 ?WJ
R.I².?tC'est la loi de Joule.
16
2. 5. Mesure de la puissance et de l'énergie
électrique
17
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).