ENERGIE ET PUISSANCE

I - NOTION D'ÉNERGIE ET DE PUISSANCES :

1 - Introduction :

L'énergie est à l'origine de tous les mouvements du monde technologique. Longtemps l'homme n'a utilisé que son énergie musculaire et celle des animaux pour se déplacer, effectuer des travaux, fabriquer des objets. La chaleur libérée par la combustion du bois lui permettait de se chauffer et de transformer la matière. Puis il inventa des machines pour rendre ses travaux moins pénibles : moulins à eau et à vent (Antiquité), machine à vapeur (18ème siècle), moteur à explosion (19ème siècle), moteur électrique (19ème siècle) et réacteur nucléaire(20ème siècle).
Les différentes sources d'énergie utilisées sont :
                       -      sources fossiles (charbon, pétrole, gaz naturel )
                       -      source nucléaire ( uranium)
                       -      source renouvelable (soleil, vent, géothermie, biomasse)

Une bonne connaissance des phénomènes énergétiques permet aux techniciens et ingénieurs de construire de manière économique des machines moins gourmandes en énergie.

I - 2 - Notions d'énergie et de puissances :

Pour déplacer une masse M à l'aide d'un vérin V, quelque soit la vitesse de translation du vérin, la quantité d'énergie à fournir pour effectuer la translation reste toujours la même. Par contre, plus la vitesse de levée est grande, plus la puissance fournie sera grande et plus vite la charge sera levée.

Définitions :
Le travail ou l'énergie, représente ce qu'il faut fournir globalement à un système pour l'amener d'un état initial à un état final.

La manière dont le chemin est parcouru entre ces deux états n'a pas d'importance.

La puissance caractérise le débit d'énergie fourni à chaque instant. Elle ne dépend ni de l'état initial ni de l'état final du système mais permet de décrire les flots d'énergie entre ces deux états.

 

II - TRAVAIL (W) :

Travail d'une force constante :		Travail d'un couple constant :
W est en Joules (J) F en Newton (N) AB en mètres (m)	Par définition, le travail mécanique WAB, transféré au solide par la force constante F, lorsque son point d'application se déplace de A en B, est égal au produit scalaire de la force F par le vecteur déplacement AB	W en Joules (J) C en Newtons-mètres (N.m) q en radians	Le travail d'un couple constant C se déplaçant de l'angle q est égal au produit C par q.

III - ÉNERGIE POTENTIELLE : (Ep)

Dans le cas d'un travail effectué par les forces de pesanteur ou par des forces engendrées par des ressorts, on parle d'énergie potentielle. Pour ces cas, le travail réalisé est indépendant des trajectoires et dépend uniquement des positions initiales et finales.

III - 1 Énergie potentielle de pesanteur :

L'énergie potentielle dépend de l'altitude de l'objet. Plus l'objet est haut, plus il y a d'énergie potentielle. Ep est exprimé en Juoles (J) m : la masse en kilogrammes (kg) g : l'accélération de pesanteur en m/s2 z la hautur en mètres (m)

Travail à fournir pour passer de la position 1 à la position 2 W = Ep2 - Ep1 = m g (z2 -z1) si l'objet monte W >0 si l'objet descend W <0

 

III - 2 Énergie potentielle élastique (ressort) :

avec k : raideur du ressort en N/m f : flèche du ressort en m

Rappel : Dans un ressort on a la relation F = k . f

Entre la position 1 et la position 2 : W = Ep2 - Ep1 W =

IV - ÉNERGIE CINÉTIQUE (Ek) :

L'énergie cinétique est l'énergie emmagasinée par un solide en déplacement, plus le solide se déplace vite, plus l'énergie cinétique est importante.

Solide en translation :		Solide en rotation par rapport à un axe fixe :
Ek en Joules (J) M en kilogrammes (kg) V en mètres par secondes (m/s)		Ek en joules (J) w en radians par secondes (rad / s) J est le moment d'inertie du solide en rotation en kg / m2	Ici

V - NOTIONS DE PUISSANCES :

V - 1 Définitions :

La puissance définit la quantité de travail effectué par unité de temps (par seconde) ou autrement dit le débit d'énergie. Pm : Puissance moyenne en Watts (W) DW : quantité de travail réalisé pendant l'intervalle de temps Dt : intervalle de temps

Unité :     -    1 Watt = 1 Joule / 1 seconde = 1 J/s     -    le cheval (cv ou Hp)   tel que 1cv = 736 W

 

V-2 Formulaire sur les puissances :