Cours de Première sur le principe de conservation de l’énergie
Parmi les propriétés de la matière, l’énergie est l’une des plus importantes mais également l’une des plus abstraites. On ne peut l’observer qu’indirectement par ses effets.
L’énergie d’un système peut revêtir différentes formes : mécanique, chimique, nucléaire, électrique…
L’unité de mesure de l’énergie est le Joule (J).
Définitions
L’énergie:
En physique, l’énergie est la capacité d’un système à agir sur un autre système afin de modifier son état.
Cette modification d’état peut concerner une modification de sa vitesse, de sa température, avec émission ou pas de lumière, de son aspect (solide, liquide, gaz), ses propriétés physique…
Quelle que soit la forme sous laquelle elle se présente, l’énergie peut toujours s’exprimer en Joule (J) dans le Système International.
Les unités:
Selon les utilisations et les ordres de grandeur rencontrés, d’autres unités sont néanmoins utilisables :
En physique de l’atome, l’électronvolt (eV) :
En physique nucléaire, le mégaélectronvolt (MeV) :
En nutrition, la calorie (cal) :
En électricité, le kilowattheure (kWh) :
Dans l’industrie, la tonne, équivalent pétrole (tep) :
Pour les armes nucléaires, la mégatonne (Mt) :
Energies en mécanique
Energie cinétique
L’énergie cinétique Ec est une forme d’énergie qui se manifeste sous la forme d’une vitesse acquise par un corps. Elle s’écrit comme :
Où m est la masse du corps et v sa vitesse.
L’énergie éolienne correspond à de l’énergie cinétique, qui met en mouvement les pales des éoliennes.
Energies potentielles:
Une énergie potentielle est une énergie que « possède » un corps de par sa position. On peut citer deux types d’énergie potentielle :
- L’énergie potentielle de pesanteur Epp:
Pour un corps de masse m plongé dans un champ de pesanteur uniforme d’intensité g, on a :
Où z est l’altitude du corps par rapport à une altitude de référence.
L’énergie hydraulique est une manifestation de l’énergie potentielle de l’eau, dans un barrage par exemple. Elle peut mettre en mouvement des turbines.
- L’énergie potentielle élastiqueEpel :
C’est l’énergie acquise par un ressort sous l’effet d’une déformation x :
Où k est nommée constante de raideur du ressort et s’exprime en N/m.
Un arc possède une énergie potentielle élastique, qu’il communique à une flèche qui acquiert de l’énergie cinétique.
Principe de conservation de l’énergie
Un principe en physique est un énoncé non démontré qu’aucune expérience n’a jamais invalidé et qui se vérifie par ses conséquences.
La physique s’appuie sur de nombreux principes. Le principe de conservation de l’énergie en est un des fondamentaux. Il stipule que l’énergie ne peut être ni créé ni détruite :
Pour un système isolé, il peut échanger de l’énergie avec l’extérieur : si un système a perdu ou gagné de l’énergie, la même quantité d’énergie a été gagnée ou perdue par d’autres systèmes.
En 1930, dans une tentative désespérée de sauver la conservation de l’énergie lors d’une désintégration β, le physicien autrichien Wolfgang Pauli a supposé l’existence d’une nouvelle particule de très faible masse, ne possédant pas de charge électrique, ce qui lui valut d’être baptisé neutrino, le petit neutre, par l’Italien Enrico Fermi en 1933.
Après « avoir sauvé » le principe de conservation de l’énergie, le neutrino a menacé de chambouler toute la physique du XXe siècle. En effet, en 2011, un faisceau de neutrino était censé avoir dépassé la vitesse de la lumière dans le vide, remettant en cause le statut de vitesse limite. Depuis, cette mesure a été infirmée par d’autres expériences.
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