Formes, conversions et transferts d'énergie
Formes, conversions et transferts d'énergie
Le concept d’énergie est un concept difficile mais il faut savoir que l’énergie peut prendre différentes formes selon sa manifestation.
I. Formes
La forme d’énergie associée au mouvement est l’énergie cinétique. Celle associée à l’électricité est l’énergie électrique, celle associée à la lumière est l’énergie lumineuse, celle liée à la transformation chimique est l’énergie chimique. Quand elle se manifeste par une transformation nucléaire, transformation du noyau de l’atome, on parle d’énergie nucléaire. L’énergie liée à l’altitude est l’énergie potentielle.
II. Conversions
Ces formes d’énergie peuvent se convertir dans des objets ou se transférer d’un objet à un autre. On parle de conversion d’énergie lorsqu’on passe d’une forme d’énergie à une autre dans un objet.
On peut représenter une conversion d’énergie de la manière suivante : on indique l’objet dans un cercle, la forme d’énergie entrante sur la flèche avant l’objet, la forme d’énergie sortante sur la flèche après l’objet.
Prenons l’exemple du radiateur. Le radiateur convertit l’énergie électrique (qui rentre) en énergie thermique (qui sort).
III. Transferts
Un transfert d’énergie se fait lorsqu’on a la même forme d’énergie mais qui passe d’un objet à un autre. On peut représenter le transfert d’énergie de manière générale de la manière suivante : les objets sont représentés dans des cercles et entre les deux, on représente l’énergie transférée, au-dessus d’une flèche.
Prenons l’exemple du vent qui fait tourner les pales d’une éolienne. Le vent est l’objet 1, l’objet 2 qui reçoit cette forme d’énergie sont les pales de l’éolienne et la forme d’énergie transférée est l’énergie cinétique puisqu’il s’agit d’un mouvement.
Piles et batteries
I. Expérience
Pour comprendre comment fonctionne une pile et une batterie, on réalise l’expérience suivante : on a une solution de sulfate de cuivre, on met de la poudre de zinc à l’intérieur et on mélange. On constate une augmentation de température importante, la décoloration de la solution de sulfate de cuivre et l’apparition d’un dépôt rouge sur la poudre de zinc. On a bien ici une transformation chimique car on a une décoloration, l’apparition d’un solide et une augmentation de la température. On a conversion d’énergie chimique en énergie thermique. L’idée est d’utiliser cette conversion d’énergie pour qu’elle se produise de manière différente, pour qu’il y ait conversion d’énergie chimique en énergie électrique.
II. Fabrication d’une pile
Pour fabriquer une pile très simplement, on peut réaliser l’expérience suivante (elle est légèrement simplifiée mais cela suffit pour comprendre le fonctionnement d’une pile) : on plonge une lame de zinc et une lame de cuivre dans une solution de sulfate de cuivre. On relie la lame de zinc et celle de cuivre à un dipôle qui peut être une DEL ou un voltmètre, pour mesurer la tension aux bornes de la lame de zinc et à celle de cuivre, et vérifier que l’on a bien fabriqué une pile. Au bout d’un certain temps, on constate que la lame de zinc a diminué en volume, la solution de sulfate de cuivre s’est décolorée et la lame de cuivre a légèrement augmenté en volume. Si on a mis une DEL, elle peut s’allumer avec assez peu d’intensité dans cette expérience. On peut dire qu’on a transformé de l’énergie chimique en énergie électrique.
III. Pile : conversion d’énergie
On écrit la conversion d’énergie qui a lieu dans une pile de la manière ci-contre. La forme d’énergie qui rentre est l’énergie chimique et celle qui est produite est électrique.
Quand est-ce qu’une pile s’arrête de débiter ? Lorsqu’il n’y aura plus un des deux réactifs. Dans l’exemple précédent, les deux réactifs sont la solution de sulfate de cuivre (en réalité ce sont les ions cuivre II présents dans la solution) et le zinc, puisque ce sont les deux espèces qui disparaissent. Lorsque l’un des deux (ou les deux) aura disparu entièrement, la pile s’arrêtera de fonctionner. Dans le cas de cette expérience, on voit que c’est la solution de sulfate de cuivre qui stoppe le fonctionnement de la pile.
IV. Batterie : conversions d’énergie
Une batterie fonctionne comme une pile au moment de la décharge, donc il y a conversion d’énergie chimique en énergie électrique.
Mais la batterie a la capacité de se recharger. Lorsqu’elle se recharge, il se passe une conversion d’énergie inverse, c’est-à-dire, l’énergie électrique est convertie en énergie chimique. Au niveau de la transformation chimique, cela revient, dans notre expérience, à recréer les réactifs. C’est-à-dire de passer de l’état final à l’état initial, et après on peut de nouveau utiliser la batterie pour produire de l’électricité.