Conservation et conversion de l'énergie — Exercices

Identifier, classer, raisonner. Corrigé en fin de fiche.

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1Identifier les formes d'énergie/ 4 pts

Pour chaque situation, indique la forme d'énergie principalement mise en jeu.

Un livre posé sur une étagère haute.
Le courant électrique qui alimente un réfrigérateur.
Les glucides contenus dans une barre de céréales.
La lumière émise par le Soleil.

2Compléter des chaînes de conversion/ 4 pts

Complète chaque chaîne de conversion en nommant la forme d'énergie manquante (notée ?).

Pile : énergie $?$ $\rightarrow$ énergie électrique.
Lampe LED : énergie électrique $\rightarrow$ énergie $?$ $+$ énergie thermique.
Turbine hydraulique : énergie $?$ $\rightarrow$ énergie cinétique.
Haut-parleur : énergie électrique $\rightarrow$ énergie $?$ $+$ énergie thermique.

3Analyser des convertisseurs/ 6 pts

Pour chaque appareil, précise l'énergie entrante et les énergies sortantes (utile et thermique dissipée).

Un moteur électrique (exemple : ventilateur).
Un panneau solaire thermique (qui chauffe l'eau d'un ballon).
Une bougie allumée.

4Raisonnement — La bouilloire/ 4 pts

Une bouilloire électrique reçoit de l'énergie électrique. On observe qu'elle chauffe l'eau et que sa paroi extérieure devient légèrement tiède.

Cite les deux effets énergétiques produits par la bouilloire.
L'énergie électrique consommée est-elle supérieure, égale ou inférieure à l'énergie thermique reçue par l'eau ? Justifie à l'aide du principe de conservation.
L'énergie dissipée par la paroi est-elle « perdue » au sens du principe de conservation ? Explique.

5Problème — La centrale hydraulique/ 6 pts

Dans une centrale hydraulique, l'eau retenue dans un barrage possède de l'énergie potentielle. En descendant, elle fait tourner des turbines reliées à des générateurs électriques. Sur $1\,000$ J d'énergie potentielle disponible, $850$ J sont convertis en énergie électrique utile.

Trace la chaîne de conversion complète, depuis l'énergie potentielle jusqu'à l'énergie électrique.
Quelle quantité d'énergie n'est pas convertie en électricité ? Calcule-la, puis indique sous quelle forme elle se retrouve principalement.
Un ingénieur affirme : « La centrale a perdu 150 J. » Cette affirmation est-elle correcte ? Explique en t'appuyant sur le principe de conservation.

Corrigé détaillé

1Identifier les formes d'énergie

a) $\text{Livre en hauteur :}$ $\text{énergie potentielle}$

b) $\text{Courant électrique :}$ $\text{énergie électrique}$

c) $\text{Glucides :}$ $\text{énergie chimique}$

d) $\text{Lumière du Soleil :}$ $\text{énergie lumineuse}$

2Compléter des chaînes de conversion

a) $\text{Pile :}$ $\text{énergie chimique} \rightarrow \text{énergie électrique}$

b) $\text{Lampe LED :}$ $\text{énergie électrique} \rightarrow \text{énergie lumineuse} + \text{énergie thermique}$

c) $\text{Turbine hydraulique :}$ $\text{énergie potentielle} \rightarrow \text{énergie cinétique}$

d) $\text{Haut-parleur :}$ $\text{énergie électrique} \rightarrow \text{énergie sonore} + \text{énergie thermique}$

3Analyser des convertisseurs

a) $\text{Moteur électrique :}$ $\text{énergie électrique} \rightarrow \text{énergie cinétique (utile)} + \text{énergie thermique (perte)}$

b) $\text{Panneau solaire thermique :}$ $\text{énergie lumineuse} \rightarrow \text{énergie thermique vers l'eau (utile)} + \text{énergie thermique dissipée dans l'environnement (perte)}$

c) $\text{Bougie :}$ $\text{énergie chimique} \rightarrow \text{énergie lumineuse (utile)} + \text{énergie thermique (perte)}$

4Raisonnement — La bouilloire

a) $\text{Deux effets :}$ $\text{Énergie thermique transmise à l'eau (effet utile) et énergie thermique dissipée par la paroi (perte).}$

b) $E_{\text{élec}} = E_{\text{eau}} + E_{\text{paroi}}$ $\text{Supérieure : par conservation, l'énergie électrique totale se répartit entre l'eau et la paroi. L'eau reçoit donc moins que l'énergie électrique consommée.}$

c) $\text{Principe de conservation :}$ $\text{Non. Elle se disperse dans l'air ambiant. Aucune énergie n'est créée ni détruite : le principe de conservation est respecté.}$

5Problème — La centrale hydraulique

a) $\text{Chaîne :}$ $\text{énergie potentielle} \rightarrow \text{énergie cinétique} \rightarrow \text{énergie électrique (utile)} + \text{énergie thermique (frottements, perte)}$

b) $1\,000 - 850 =$ $150 \text{ J, dissipés sous forme d'énergie thermique (frottements dans les turbines et le générateur).}$

c) $\text{Affirmation incorrecte :}$ $\text{Ces 150 J ne sont pas « perdus » : ils se transforment en énergie thermique. L'énergie totale reste 1\,000 J. Le principe de conservation est respecté.}$