L'énergie est une grandeur qui évalue la faculté d'un système à agir. L'énergie d'un système peut prendre plusieurs formes, notamment : mécanique, thermique, électrique et lumineuse. Lors d'une conversion d'énergie, une forme d'énergie est transformée en une autre forme, ce qui peut être illustré par un diagramme énergétique. La puissance, exprimée en watts, caractérise la vitesse d'une conversion ou d'un transfert d'énergie.
Les différentes formes d'énergie
L'énergie est une grandeur qui évalue la faculté d'un système à agir. Son unité est le joule et elle peut prendre plusieurs formes.
Énergie
L'énergie d'un système mesure sa capacité à modifier son état ou celui d'un autre système. Un système ne possédant pas d'énergie, et n'en recevant pas, ne peut rester qu'inerte.
Un véhicule en mouvement possède de l'énergie alors qu'un véhicule à l'arrêt n'en possède pas.
Il existe différentes formes d'énergie, mais il est possible d'exprimer leur valeur avec une unité commune : le joule (J).
Les conversions d'énergie
Un diagramme énergétique représente une conversion d'énergie. La puissance caractérise la vitesse d'une conversion ou d'un transfert d'énergie.
Les diagrammes énergétiques
Un diagramme ou chaîne énergétique illustre une conversion d'énergie, lors de laquelle une forme d'énergie est transformée en une autre forme. L'énergie totale se conserve.
Lors d'une conversion d'énergie, une forme d'énergie est transformée en une autre forme.
Une éolienne convertit l'énergie mécanique du vent en énergie électrique.
Très souvent, lorsqu'un dispositif convertit de l'énergie, une partie de l'énergie se dissipe sous forme thermique (donc de chaleur) dans le milieu extérieur.
Lorsqu'une éolienne convertit l'énergie mécanique en énergie électrique, une partie de cette énergie mécanique est convertie en énergie thermique et est transférée au milieu extérieur.
Une conversion d'énergie peut être représentée par un diagramme ou chaîne énergétique.
Par convention, on représente :
- le dispositif convertissant l'énergie dans une ellipse ;
- les réservoirs d'énergie dans des rectangles ;
- les transferts par des flèches, au-dessus desquelles on peut indiquer leur nature.
La chaîne énergétique représentant la conversion d'énergie réalisée par une éolienne est la suivante :
L'énergie est une grandeur qui ne peut être créée ni détruite, on dit qu'elle se conserve. Ainsi, la quantité d'énergie est la même avant et après conversion.
Dans le diagramme énergétique précédent, on peut écrire au niveau de l'éolienne :
\text{Énergie mécanique = Énergie électrique + Énergie thermique}
La puissance d'un transfert d'énergie
La rapidité d'une conversion ou d'un transfert d'énergie est évaluée avec sa puissance, qui s'exprime en watts. La puissance est donc égale au quotient de l'énergie transférée et de la durée du transfert.
Puissance
La puissance caractérise la vitesse d'une conversion ou d'un transfert d'énergie : plus elle est importante, plus la conversion ou le transfert se fait rapidement. Son unité est le watt (W).
Un radiateur électrique de puissance 1 000 W peut fournir de l'énergie thermique deux fois plus rapidement qu'un radiateur de puissance 500 W.
Puissance
La puissance d'un transfert d'énergie est égale au rapport entre l'énergie transférée, exprimée en joules, et la durée du transfert, exprimée en secondes :
P_{\left(\text{W}\right)} = \dfrac{E_{\left(\text{J}\right)} }{\Delta t_{\left(\text{s}\right)} }
La puissance d'un système qui transfère une énergie de 100 J en 2,0 s est :
P_{\left(\text{W}\right)} = \dfrac{E_{\left(\text{J}\right)} }{\Delta t_{\left(\text{s}\right)} }
P = \dfrac{100}{2{,}0}
P = 50 \text{ W}
Deux objets électriques de puissances différentes fonctionnant sur la même durée n'affecteront pas la facture d'électricité de la même manière.
Sur la même durée, le radiateur électrique de puissance 1 000 W consomme deux fois plus d'énergie que celui de puissance 500 W et a donc un impact deux fois plus grand sur la facture d'électricité.