Première S 2016-2017

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Les conversions de l'énergie

Ressource énergétique renouvelable : leurs réserves ne diminuent pas malgré leur exploitation Energie solaire Energie éolienne Energie hydraulique Géothermie Biomasse
Origine le Soleil le vent l'eau en mouvement le sol le monde vivant, végétal ou animal
Ressource énergétique non renouvelable : leurs réserves diminuent Energie chimique fossile Energie nucléaire
Origine Fossilisation d'êtres vivants : pétrole, gaz, charbon noyaux d'uranium 235

L'électricité est un moyen de transport de l'énergie et pas comme une ressource énergétique. Elle ne peut pas être stockée à grande échelle.

Puissance

La puissance caractérise la vitesse d'un transfert d'énergie :

\(\displaystyle{P_{\left(W\right)} = \dfrac{E_{\left(J\right)} }{\Delta t_{\left(s\right)} }}\)

Elle s'exprime en watt (W).

Rendement

Le rendement d'une conversion d'une chaîne énergétique est le rapport de l'énergie utile par celle absorbée ou aussi de la puissance utile par celle absorbée. C'est une grandeur sans unité, généralement noté \(\displaystyle{\eta}\) :

\(\displaystyle{\eta = \dfrac{E_{utile\left(J\right)}}{E_{absorbée\left(J\right)}} = \dfrac{P_{utile\left(W\right)}}{P_{absorbée\left(W\right)}}}\)

A cause des pertes inévitables lors des conversions d'énergie, le rendement est compris entre 0 et 1. On l'exprime souvent par un pourcentage.

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Conventions récepteur et générateur

La consommation d'énergie électrique domestique est donnée en kWh :

1 kWh = \(\displaystyle{3,600 \times 10^{6}}\) J = 3,600 MJ

Effet Joule

Un conducteur ohmique convertit l'énergie qu'il reçoit depuis un générateur électrique en énergie thermique. Cette énergie est dissipée vers le milieu extérieur.

Puissance électrique \(\displaystyle{P_{él\left(W\right)} = U_{\left(V\right)} \times I_{\left(A\right)} }\)
Energie électrique \(\displaystyle{E_{\left(J\right)} = P_{él\left(W\right)} \times \Delta t_{\left(s\right)} = U_{\left(V\right)} \times I_{\left(A\right)} \times \Delta t_{\left(s\right)}}\)
Energie électrique exprimée en kWh \(\displaystyle{E_{\left(kWh\right)} = P_{él\left(kW\right)} \times \Delta t_{\left(h\right)}}\)
Loi d'Ohm \(\displaystyle{U_{AB\left(V\right)} = R_{\left(\Omega\right)} \times I_{\left(A\right)}}\)
Puissance dissipée par effet Joule \(\displaystyle{P_{J\left(W\right)} = R_{\left(\Omega\right)} \times I_{\left(A\right)}^{2}}\)
Tension aux bornes d'un générateur \(\displaystyle{U_{PN\left(V\right)} = E_{\left(V\right)} - r_{\left(\Omega\right)} \times I_{\left(A\right)}}\)
Puissance d'entrée d'un générateur électrochimique \(\displaystyle{P_{chimique\left(W\right)} = E_{\left(V\right)} \times I_{\left(A\right)}}\)
Rendement d'un générateur électrochimique \(\displaystyle{\eta = \dfrac{P_{él \left(W\right)}}{P_{chimique \left(W\right)}} = \dfrac{U_{PN\left(V\right)}}{E_{\left(V\right)}}}\)
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Chaîne énergétique d'un conducteur ohmique

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Chaîne énergétique d'un générateur électrique