BTS 2020

  • Identifier les principales conversions d’énergie: électromécanique, photoélectrique, électrochimique,électrothermique.
  • Schématiser une chaîne énergétique ou une conversion d’énergie en distinguant formes d’énergie, sources d’énergie et convertisseurs.
  • Savoir qu’une conversion d’énergie ne peut se faire que d’une forme potentielle vers une forme cinétique ou inversement.
  • Évaluer ou mesurer une quantité d’énergie transférée, convertie ou stockée.
  • Comparer des ordres de grandeur des énergies stockées dans différents réservoirs d'énergie.
  • Exploiter le principe de conservation de l’énergie pour réaliser un bilan énergétique pour calculer un rendement ou un COP.
  • Évaluer l'autonomie d'un système autonome.

Les conversions de l'énergie

Les formes courantes de l'énergie étant symbolisées par les cercles, les flèches nomment les divers types de converions:

L'électricité étant la matière d’œuvre de l'électrotechnicien, les conversions partant de celle-ci seront davantage étudiées:

  • La conversion électromécanique permet de passer
    • de l'énergie électrique à un mouvement par les biais des moteur à courant continu, moteur asynchrone, moteur synchrones, moteur pas à pas mais aussi la piezo-électricité
    • ou dans l'autre sens de l'énergie mécanique à l'énergie électrique par le biais de la dynamo, l'alternateur, la machine hypersynchrone
  • La conversion photoélectrique permet de passer
    • de l'énergie électrique à l'énergie rayonnée grâce aux lampes à incandescence, à décharge, LED
    • ou dans l'autre sens de l'énergie rayonné à l'énergie électrique par le biais du capteur photovoltaïque
  • La conversion élecrochimique permet de passer
    • de l'énergie électrique à l'énergie chimique grâce à l'électrolyse
    • ou dans l'autre sens de l'énergie chimique à l'énergie électrique par le biais des accumulateurs, des piles, piles à combustibles
  • La conversion élecrothermique permet de passer
    • de l'énergie électrique à l'énergie thermique grâce aux résistances chauffantes, rayonnantes donc l'effet Joule
    • ou dans l'autre sens de l'énergie thermique à l'énergie électrique par le biais des convertisseurs thermoélectriques

Schématisation d'une chaîne de conversion

Chaque conversion d'énergie part d'une forme d'énergie à une autre en passant par un système qui la convertit.

Quelques exemples:

Centrale hydraulique énergie mécanique
énergie thermique
énergie électrique
Centrale nucléaire énergie électrique
énergie mécanique
énergie thermique
Voiture électrique en propulsion énergie électrique
énergie thermique
énergie mécanique
Voiture électrique en freinage énergie électrique
énergie thermique
énergie mécanique

Bilan d'une conversion

Comme sur les exemples précédents chaque procédé de conversion engendre des pertes. Il est donc important d'être capable d'estimer ou mesurer ces diverses grandeurs.

Bien évidemment à chaque type d'énergie correspondra des grandeurs différentes à mesurer:

  • Pour l'énergie mécanique: les grandeurs vitesse, hauteur, masse
  • Pour l'énergie thermique: les grandeurs masse, capacité thermique, et températures d'arrivée et de fin
  • Pour l'énergie électrique: les grandeurs tension, et quantité d'électricité
  • Pour l'énergie de rayonnement: les grandeurs fréquence de l'onde et nombre de photon émis, ou l'intensité lumineuse et l'angle solide dans lequel est émise ce flux lumineux
  • Pour l'énergie de combustion: les grandeurs quantité de matière et énergie molaire de combustion

Ordres de grandeur des énergies stockées dans différents réservoirs d'énergie.

Exploiter le principe de conservation de l’énergie pour réaliser un bilan énergétique pour calculer un rendement ou un COP.

Évaluer l'autonomie d'un système autonome.
Lycée Jean Monnet

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  1. Les formes de l’énergie
    1. Énergie cinétique
    2. Énergie potentielle
    3. Énergie électromagnétique :
    4. Énergie interne
    5. Les sources d’énergie
  2. Transferts d’énergie
    1. Conservation de l’énergie
    2. Transfert d’énergie
    3. Transferts thermiques :
      1. Description des types d'échanges
      2. Flux thermique à travers une paroi
      3. Rayonnement température et thermographie
    4. Les conversions et le stockage de l’énergie : (à faire)
  3. Puissance

  1. Des formes d’énergie :
    1. Énergie cinétique : Définir l’énergie cinétique d’un système
    2. Énergie potentielle : Définir l’énergie potentielle de gravité, élastique, électrostatique et de pression d’un système
    3. Énergie électromagnétique :Définir l’énergie électromagnétique
    4. Énergie interne :
      1. Température : Utiliser les échelles principales de températures et les unités correspondantes. Citer et mettre en œuvre expérimentalement des exemples de capteurs de température industriels.
      2. Énergie interne d’un système : Associer qualitativement la température d’un corps à l’agitation interne de ses constituants microscopiques.
      3. Associer l’échauffement d’un système à l’énergie reçue, stockée sous forme d’énergie interne.
      4. Variation d’énergie interne d’un solide ou d’un liquide. Exprimer et calculer la variation d'énergie interne d'un solide ou d'un liquide lors d'une variation de température et d’un changement d’état à pression constante.
  2. Les sources d’énergie
    1. Distinguer les sources d’énergie des formes d’énergie.
    2. Définir et citer les sources d’énergie renouvelables, les sources d’énergie fossile et nucléaire.
    3. Utiliser le facteur de charge pour dimensionner une installation.
    4. Interpréter des données de production d’énergie nationale ou mondiale.
  3. Transferts d’énergie
    1. Conservation de l’énergie :Énoncer le principe de conservation de l’énergie pour un système isolé.
    2. Transfert d’énergie :Savoir que le transfert d’énergie ne peut se faire que sous forme de travail et de chaleur.
    3. Transferts thermiques :
      1. Décrire qualitativement les trois modes de transferts thermiques en citant des exemples.
      2. Utiliser les caractéristiques thermiques des matériaux pour déterminer le flux thermique à travers une paroi.
      3. Expliciter la dépendance entre la puissance rayonnée par un corps et sa température.
      4. Connaître le principe d'une caméra thermique et savoir l'utiliser dans le cadre de son métier.
    4. Les conversions et le stockage de l’énergie :
      1. Identifier les principales conversions d’énergie : électromécanique, photoélectrique, électrochimique, électrothermique.
      2. Schématiser une chaîne énergétique ou une conversion d’énergie en distinguant formes d’énergie, sources d’énergie et convertisseurs.
      3. Savoir qu’une conversion d’énergie ne peut se faire que d’une forme potentielle vers une forme cinétique ou inversement.
      4. Évaluer ou mesurer une quantité d’énergie transférée, convertie ou stockée.
      5. Comparer des ordres de grandeur des énergies stockées dans différents réservoirs d'énergie.
      6. Exploiter le principe de conservation de l’énergie pour réaliser un bilan énergétique pour calculer un rendement ou un COP.
      7. Évaluer l'autonomie d'un système autonome.
  4. Puissance
    1. Énoncer et exploiter la relation entre puissance moyenne, énergie mise en jeu et durée.
    2. Évaluer et citer des ordres de grandeur des puissances mises en jeu dans les secteurs de l’énergie, de l’industrie, du bâtiment, des transports.
    3. Expliquer que la puissance est le produit de deux grandeurs différentes : « effort » et « mouvement ».