Énergie, conversions et transferts thermiques

L'énergie ne se crée pas et ne se perd pas : elle se convertit et se transfère. On mesure l'efficacité d'une conversion par le rendement.

Schéma

Rendement η = E_utile / E_reçue  (< 1)
Q = m × c × ΔT          Φ = Q / Δt (W)          R_th = ΔT / Φ
Premier principe : ΔU = W + Q

Formes d'énergie

Cinétique, potentielle, thermique (énergie interne U), chimique, électrique, nucléaire, rayonnante.

Chaîne énergétique

Schéma des conversions (ex : panneau solaire : rayonnante → électrique + pertes thermiques). Le rendement est toujours inférieur à 1.

Température

En kelvins : T(K) = θ(°C) + 273,15. À l'échelle microscopique, elle reflète l'agitation thermique.

Trois modes de transfert thermique

Conduction (contact, sans déplacement de matière) · convection (déplacement du fluide) · rayonnement (ondes électromagnétiques, même dans le vide).

Flux et résistance thermique

Φ = Q / Δt en W, toujours du chaud vers le froid. Parois : R_th = ΔT / Φ (en K/W). Plusieurs parois en série : les R_th s'additionnent (isolation).

Capacité thermique

Chauffer une masse m d'eau (c = 4,18 J·g⁻¹·K⁻¹) de ΔT demande Q = m c ΔT.

Premier principe (Terminale)

Pour un système au repos : ΔU = W + Q (W : travail échangé, Q : transfert thermique).

💡 Exemple

Chauffer 1,0 L d'eau de 20 à 100 °C : Q = 1000 × 4,18 × 80 ≈ 3,3 × 10⁵ J (≈ 0,093 kWh).

📌 À retenir

Une variation de température est la même en kelvins et en °C (ΔT = Δθ).

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