Énergie

Définition de l'énergie

Cela nous facilite la vie de pouvoir accéder à l'énergie aussi facilement. Cependant, nous ne pouvons pas la voir. Que fait-elle pour nous et qu'est-ce que l'énergie exactement ?

Un objet fonctionne en se déplaçant contre une force sur une certaine distance. L'unité de mesure de l'énergie est le joule, et le symbole J a été nommé d'après le célèbre physicien James Joule.

Cependant, tu ne dois pas te laisser déconcerter par la définition - l'énergie est utilisée partout. Par exemple, lorsque tu brûles du bois, l'énergie chimique stockée dans le bois est convertie en énergie thermique sous forme de chaleur pour te réchauffer. C'est comme lorsque nous obtenons de la chaleur et de la lumière du soleil. Cependant, dans ce dernier cas, l'énergie initiale est appelée énergie nucléaire .

Les réserves d'énergie

L'énergie d'un objet ou d'un système est stockée dans différentesréserves d' énergie , et l'énergie peut être transférée entre différents types de réserves. Jetons un coup d'œil aux réserves d'énergie que tu dois connaître :

• L'énergie ciné tique est l'énergie du mouvement. Tout objet en mouvement possède de l'énergie cinétique, et cette réserve d'énergie peut être transférée à d'autres objets par le biais de collisions. L'énergie cinétique peut également être transformée en d'autres énergies. Par exemple, lorsqu'un objet se déplace sur une surface présentant des frottements, l'énergie cinétique est convertie en énergie thermique sous forme de chaleur, qui est généralement considérée comme une énergie perdue.

• L'énergie potentielle gravitationnelle est l'énergie que possède un objet en fonction de sa position dans un champ gravitationnel. Par exemple, si tu places une balle sur une colline, elle aura de l'énergie potentielle gravitationnelle. Si tu fais rouler la balle vers le bas, cette énergie sera libérée et transformée en énergie cinétique.

• L'énergie potentielle élastique (déformation) est l'énergie que possède un objet lorsqu'il est élastique et étiré (par exemple, un ressort ou une corde). L'objet élastique reviendra à sa position initiale lorsque tu cesseras d'appliquer une force sur lui. C'est parce que l'objet a emmagasiné de l'énergie potentielle élastique.

Leslance-pierres sont une application de l'énergie potentielle élastique (déformation).

• L'énergiethermique (interne) décrit la température d'un objet. L'énergie thermique est un type d'énergie cinétique car la chaleur d'un objet est déterminée par la vitesse à laquelle ses particules se déplacent.

• L'énergie chimique est libérée (transférée à une autre réserve d'énergie) lorsqu'une réaction chimique se produit. Les aliments que tu manges tous les jours contiennent de l'énergie chimique stockée, libérée après les réactions chimiques qui se produisent dans ton système digestif.

• L'énergie nucléaire est l'énergie maintenue dans le noyau par des forces fortes. Elle peut être libérée après les réactions nucléaires et utilisée chaque jour dans les centrales nucléaires pour fournir de l'électricité.

• L'énergie magnétique est stockée dans les aimants, ce qui fait qu'ils s'attirent ou se repoussent.

• L'énergieélectromagnétique est l'énergie transportée par les ondes électromagnétiques. Bien sûr, la lumière visible est aussi une onde électromagnétique. Elle possède cette énergie, mais d'autres exemples peuvent varier des ondes radio utilisées dans les radios pour transporter des informations aux rayons X utilisés en physique médicale.

Pour l'instant, nous allons nous concentrer sur deux grands types d'énergie, l'énergie potentielle et l'énergie cinétique.

L'énergie cinétique

Comme tu l'as appris précédemment, l'énergie cinétique est l'énergie que possède un objet en raison de son mouvement. Mais de quoi dépend l'énergie cinétique d'un objet ? Examinons l'équation qui permet de trouver l'énergie cinétique pour mieux comprendre le concept.

$\begin{array}{rcl}\mathrm{kinetic}\mathrm{energy}& =& \frac{1}{2}\times \mathrm{mass}\times {\left(\mathrm{speed}\right)}^2\\ E_k& =& \frac{1}{2}\times m\times v^2\end{array}$

Où l'énergie cinétique$E_k$est mesurée en joules$\left(\mathrm{J}\right)$la masse de l'objet$m$est mesurée en kilogrammes$\left(\mathrm{kg}\right)$et la vitesse de l'objet$v$est mesurée en mètres par seconde$(\mathrm{m}/\mathrm{s})$.

Comme tu peux le constater, l'énergie cinétique d'un objet dépend à la fois de sa masse et de sa vitesse. Si tu veux comprendre pleinement le concept d'énergie, tu dois aussi apprendre ce qu'est l'énergie potentielle.

L'énergie potentielle

Contrairement à l'énergie cinétique, l'énergie potentielle a deux formes principales - gravitationnelle et élastique.

L'énergie potentielle gravitationnelle

Comme tu l'as appris, l'énergie potentielle est l'énergie qu'un objet possède en raison de sa position dans un champ gravitationnel. Maintenant, plongeons un peu plus profondément et examinons son équation pour voir quels autres facteurs affectent l'énergie potentielle gravitationnelle d'un objet.

$\begin{array}{rcl}\mathrm{Gravitational}\mathrm{Potential}\mathrm{Energy}& =& \mathrm{Mass}\times \mathrm{Gravitational}\mathrm{Field}\mathrm{Strength}\times \mathrm{Height}\end{array}$

$E_p=m\times g\times h$

Où l'énergie potentielle gravitationnelle$E_p$est exprimée en joules$\left(\mathrm{J}\right)$la masse$m$est exprimée en kilogrammes$\left(\mathrm{kg}\right)$et l'intensité du champ gravitationnel$g$est exprimée en newtons par kilogramme$(\mathrm{N}/\mathrm{kg})$et la hauteur$h$est exprimée en mètres$\left(\mathrm{m}\right)$.

Énergie potentielle élastique

Comme tu peux le constater, l'énergie potentielle gravitationnelle dépend de la position de l'objet dans le champ gravitationnel et de sa masse. Une autre forme d'énergie potentielle est l'énergie potentielle élastique , c'est-à-dire l'énergie que possède un objet lorsqu'il est élastique et qu'il est étiré. Jetons un coup d'œil à son équation pour mieux comprendre le concept.

$\mathrm{Elastic}\mathrm{Potential}\mathrm{Energy}=\frac{1}{2}\times \mathrm{Spring}\mathrm{Constant}\times {\left(\mathrm{Extension}\right)}^2$

$E_e=\frac{1}{2}\times k\times e^2$

Où l'énergie potentielle élastique$E_e$est mesurée en joules$\left(\mathrm{J}\right)$la constante du ressort$k$est mesurée en newtons par mètre$(\mathrm{N}/\mathrm{m})$et l'extension$e$est mesurée en mètres$\left(\mathrm{m}\right)$.

Voyons maintenant comment l'énergie est transférée et transformée entre les réserves d'énergie pour comprendre comment elles sont utilisées dans notre vie quotidienne.

Les chemins de l'énergie

Lorsque l'énergie est transférée entre différents réservoirs, il existe différentes façons dont le transfert d'énergie peut se produire. C'est ce qu'on appelle les voies d'accès à l'énergie.

• Mécaniquement - un transfert d'énergie mécanique se produit lorsqu'un travail est effectué.

• Par chauffage - lorsqu'un objet chauffe un autre objet en transférant une partie de son énergie thermique.

• Par voieélectrique - l'énergie est transférée par une charge qui se déplace dans un circuit.

• Parrayonnement - lorsqu'un objet émet une onde qui transporte de l'énergie qui peut être transmise à un autre objet.

Pour mieux comprendre les transferts d'énergie entre différents magasins, il faut tenir compte de ce qui arrive à l'objet ou de ce qu'il fait.

Le transfert d'énergie est important parce que tu ne peux pas stocker l'énergie sous toutes les formes utiles. Par exemple, la lumière est l'une des choses les plus utiles dans notre vie, mais elle ne peut pas être stockée. Si tu veux avoir de la lumière, tu peux porter une torche qui a stocké de l'énergie chimique dans sa batterie. Cette énergie chimique provoque alors un courant électrique qui fait chauffer l'ampoule. À la suite de ce processus de chauffage (qui se produit trop rapidement pour que l'œil humain puisse l'observer), l'ampoule émet de la lumière et nous permet de voir dans l'obscurité.

Conservation de l'énergie

Le principe de conservation de l'énergie stipule que l'énergie ne peut être ni créée ni détruite. La quantité d'énergie qui existait au moment de la formation de l'univers est la même que celle qui existe au moment où tu lis cette explication. L'énergie ne peut être transférée qu'entre les différentes réserves. Par exemple, une batterie ne crée pas de l'énergie à partir de rien. Elle contient de l'énergie chimique, qui est ensuite transférée dans le circuit pour créer un courant.

Lors des transferts d'énergie, toute l'énergie n'est pas transférée dans la réserve souhaitée. Une partie de l'énergie est transférée dans des réserves non désirées et est connue sous le nom d'énergie perdue .

Mais comme tu peux le constater, même lorsque nous parlons d'énergie perdue, elle n'est pas vraiment perdue mais transformée en une forme d'énergie désordonnée indésirable. Nous pouvons donc conclure que l'énergie totale initiale d'un système est égale à l'énergie totale finale. Nous pouvons exprimer mathématiquement cette conclusion comme indiqué ci-dessous.

$\mathrm{Initial}\mathrm{total}\mathrm{energy}\mathrm{of}\mathrm{a}\mathrm{system}=\mathrm{Final}\mathrm{total}\mathrm{energy}\mathrm{of}\mathrm{a}\mathrm{system}$

$E_i=E_f$

Efficacité

Lorsque toi ou une machine gaspille de l'énergie en essayant d'effectuer un travail, on dit qu'elle est inefficace. L'énergie " gaspillée " est ce que nous appelions précédemment l'énergie perdue. En pratique, tu ne peux pas travailler sans énergie perdue, mais tu peux la réduire au minimum souhaité.

En physique, plus l'énergie perdue diminue, plus l'efficacité augmente. Mathématiquement, il s'agit du rapport entre l'énergie utile produite et l'énergie totale apportée, qui peut être exprimé à l'aide de l'équation suivante.

$\mathrm{Efficiency}=\frac{\mathrm{Useful}\mathrm{energy}\mathrm{output}}{\mathrm{Total}\mathrm{energy}\mathrm{input}}$

Pour calculer l'efficacité en pourcentage, nous devons multiplier par cent le résultat que nous obtenons dans l'équation précédente.

$\mathrm{Efficiency}\%=\frac{\mathrm{Useful}\mathrm{energy}\mathrm{output}}{\mathrm{Total}\mathrm{energy}\mathrm{input}}\times 100$