Énergie
Définition
Grandeur physique qui caractérise la capacité d'un système à produire du travail, de la chaleur ou de la lumière. Elle se conserve mais se transforme.
Explication
L'énergie existe sous plusieurs formes : cinétique (mouvement), potentielle (position), thermique (chaleur), chimique (liaisons), nucléaire (noyau atomique), électrique. Le principe de conservation de l'énergie stipule que l'énergie totale d'un système isolé reste constante. L'unité est le joule (J).
Exemples
- 1
Énergie cinétique Ec = ½mv² — une voiture de 1000 kg à 100 km/h a Ec ≈ 386 000 J.
- 2
Chute libre : l'énergie potentielle se transforme en énergie cinétique (Ep → Ec).
- 3
E = mc² (Einstein) — la masse est une forme d'énergie concentrée.
L'essentiel à retenir
- Énergie potentielle de pesanteur : Epp = m × g × z, avec z l'altitude en mètres et g ≈ 9,81 N/kg ; l'énergie mécanique vaut Em = Ec + Epp.
- Travail d'une force constante sur un déplacement AB : W = F × AB × cos α, en joules, où α est l'angle entre la force et le déplacement.
- Théorème de l'énergie cinétique : ΔEc = Ec(B) − Ec(A) = somme des travaux des forces appliquées entre A et B.
- Puissance et énergie sont liées par E = P × Δt ; 1 kWh = 3,6 × 10⁶ J.
Erreurs fréquentes
- Garder la vitesse en km/h dans Ec = ½mv² : convertis toujours en m/s en divisant par 3,6 (90 km/h = 25 m/s).
- Affirmer que l'énergie mécanique se conserve alors qu'il y a des frottements : Em ne se conserve que si les forces non conservatives ne travaillent pas ; avec frottements, Em diminue.
- Confondre kW et kWh : le kilowatt mesure une puissance, le kilowattheure une énergie.
Énergie au bac
En Première comme en Terminale, l'énergie sert à trouver une vitesse ou une hauteur sans passer par les équations du mouvement. L'exercice type : un objet lâché, lancé ou qui glisse sur une pente ; on te demande d'exprimer Ec, Epp et Em, de dire si Em se conserve, puis d'en déduire une vitesse. Le correcteur vérifie que tu définis le système et l'origine des altitudes, que tu justifies la conservation (ou non) par l'absence (ou la présence) de frottements, et que le résultat final a la bonne unité et un nombre de chiffres significatifs cohérent avec les données.
Questions fréquentes
Comment calculer l'énergie cinétique ?
Utilise Ec = ½ × m × v², avec m en kilogrammes et v en mètres par seconde : le résultat est en joules. Un objet de 2 kg à 3 m/s a Ec = ½ × 2 × 3² = 9 J.
Quelle est la différence entre énergie et puissance ?
L'énergie est une quantité (en joules) ; la puissance est une énergie transférée par unité de temps (en watts, 1 W = 1 J/s). Un appareil de 2 000 W allumé 2 h consomme 4 kWh.
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