Fiche de Révision : L'Énergie en Physique-Chimie | Bac 2025

Objectifs de Révision

• Identifier les différentes formes d'énergie
• Comprendre le principe de conservation de l'énergie
• Calculer des transferts thermiques (conduction, convection, rayonnement)
• Déterminer le rendement d'une conversion d'énergie
• Appliquer les formules de l'énergie cinétique et potentielle
• Résoudre des problèmes énergétiques du quotidien

Points clés

• L'énergie ne se crée ni ne se détruit, elle se transforme (1er principe de la thermodynamique)
• L'énergie se mesure en Joules (J) ou kilowattheures (kWh)
• La puissance est le taux de transfert d'énergie : P = E/t
• Le rendement est toujours inférieur à 1 (ou 100%)
• L'énergie mécanique = énergie cinétique + énergie potentielle

Les Formes d'Énergie

1. Énergie Cinétique (Ec)

Énergie liée au mouvement d'un objet.

Formule : $$E_c = \frac{1}{2}mv^2$$

• m : masse (kg)
• v : vitesse (m/s)
• Ec : énergie cinétique (J)

Exemple : Voiture de 1000 kg à 90 km/h

• v = 90 km/h = 25 m/s
• Ec = 0,5 × 1000 × 25² = 312 500 J ≈ 312 kJ

2. Énergie Potentielle de Pesanteur (Epp)

Énergie liée à la position d'un objet dans le champ de gravitation.

Formule : $$E_{pp} = mgh$$

• m : masse (kg)
• g : accélération de pesanteur (≈ 9,81 m/s² sur Terre)
• h : hauteur (m)
• Epp : énergie potentielle (J)

Exemple : Balle de 500g à 10m de hauteur

• Epp = 0,5 × 9,81 × 10 = 49,05 J

3. Énergie Mécanique (Em)

Somme des énergies cinétique et potentielle : $$E_m = E_c + E_{pp} = \frac{1}{2}mv^2 + mgh$$

Conservation : Dans un système isolé sans frottements, Em reste constante.

4. Énergie Thermique (Eth)

Énergie liée à l'agitation moléculaire (température).

Formule de transfert thermique : $$Q = mc\Delta T$$

• Q : quantité de chaleur (J)
• m : masse (kg)
• c : capacité thermique massique (J/(kg·K))
• ΔT : variation de température (K ou °C)

Capacités thermiques usuelles :

• Eau : c = 4185 J/(kg·K)
• Air : c ≈ 1000 J/(kg·K)
• Fer : c = 450 J/(kg·K)

5. Énergie Électrique

Formules clés :

• Puissance : P = U × I (W)
• Énergie : E = P × t (J ou kWh)
• Relation : 1 kWh = 3 600 000 J = 3,6 MJ

Principe de Conservation de l'Énergie

1er Principe de la Thermodynamique

L'énergie totale d'un système isolé reste constante.

Dans un système non isolé : $$\Delta E_{système} = W + Q$$

• W : travail échangé (J)
• Q : chaleur échangée (J)

Application : Chute Libre

En absence de frottements : $$E_{m,initial} = E_{m,final}$$ $$mgh_1 + \frac{1}{2}mv_1^2 = mgh_2 + \frac{1}{2}mv_2^2$$

Exemple : Balle lâchée de 5m

• Au sommet : Ec = 0, Epp = mgh
• Au sol : Ec = mgh, Epp = 0
• Vitesse finale : v = √(2gh) = √(2×9,81×5) ≈ 9,9 m/s

Transferts Thermiques

1. Conduction

Transfert d'énergie par contact direct entre molécules.

Loi de Fourier : $$\Phi = \frac{\lambda S \Delta T}{e}$$

• Φ : flux thermique (W)
• λ : conductivité thermique (W/(m·K))
• S : surface (m²)
• ΔT : différence de température (K)
• e : épaisseur (m)

Conductivités thermiques :

• Cuivre : λ = 380 W/(m·K)
• Air : λ = 0,024 W/(m·K)
• Polystyrène : λ = 0,035 W/(m·K)

2. Convection

Transfert d'énergie par mouvement de fluide (air, eau).

Naturelle : Mouvement causé par différence de densité Forcée : Mouvement provoqué (ventilateur, pompe)

3. Rayonnement

Transfert d'énergie par ondes électromagnétiques.

Loi de Stefan-Boltzmann : $$P = \varepsilon \sigma S T^4$$

• ε : émissivité (0 à 1)
• σ : constante de Stefan (5,67×10⁻⁸ W/(m²·K⁴))
• T : température absolue (K)

Rendement

Définition

Rapport entre l'énergie utile et l'énergie consommée : $$\eta = \frac{E_{utile}}{E_{consommée}} = \frac{P_{utile}}{P_{consommée}}$$

Le rendement est toujours ≤ 1 (100%).

Exemples de Rendements

Calcul Type

Problème : Une voiture consomme 8 L/100 km. Son moteur a un rendement de 30%. Quelle énergie mécanique produit-elle sur 100 km ?

Solution :

• Énergie contenue dans 8L d'essence : E = 8 × 35 MJ = 280 MJ
• Énergie mécanique utile : Em = 0,30 × 280 = 84 MJ

Ressources Énergétiques

Renouvelables

• Solaire (photovoltaïque, thermique)
• Éolien
• Hydraulique
• Biomasse
• Géothermie

Non Renouvelables

• Pétrole
• Gaz naturel
• Charbon
• Uranium (nucléaire)

Pièges à Éviter

❌ Confondre puissance et énergie : P = E/t, pas P = E

❌ Oublier de convertir les unités : km/h → m/s (÷3,6), kWh → J (×3,6×10⁶)

❌ Négliger les pertes : Le rendement n'est jamais 100%

❌ Température en Kelvin : T(K) = T(°C) + 273,15

❌ Confondre ΔT et T : ΔT est une variation, pas une température absolue

Exercice Type

Énoncé : Un réfrigérateur de puissance 150 W fonctionne en moyenne 8h par jour.

1. Calculer l'énergie consommée par jour en kWh
2. En déduire le coût annuel si le kWh coûte 0,18€

Solution :

1. Énergie quotidienne :

   • E = P × t = 150 W × 8 h = 1200 Wh = 1,2 kWh/jour

2. Coût annuel :

   • Énergie annuelle : 1,2 × 365 = 438 kWh/an
   • Coût : 438 × 0,18 = 78,84 €/an

Formules Essentielles à Retenir

Conclusion

L'énergie est un concept fondamental en physique-chimie. Pour réussir :

1. Maîtrise les formules et leurs unités
2. Comprends la conservation de l'énergie
3. Applique le rendement dans les problèmes réels
4. Convertis toujours les unités avant de calculer

Prochaine étape : Entraîne-toi avec nos exercices sur l'énergie et vérifie ta compréhension avec nos quiz.

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