Transferts et conversions

Conservation et conversion de l'énergie

À l'échelle globale, l'énergie se conserve : elle ne disparaît pas, mais peut être convertie d'une forme d'énergie en une autre. Cependant, toute l'énergie reçue n'est pas forcément convertie en énergie utile : une partie peut être dissipée dans l'environnement, souvent sous forme d'énergie thermique.

Exemples de conversion d'énergie

La lampe électrique

Une lampe va recevoir de l'énergie électrique et en convertit une partie en énergie lumineuse. Une autre partie est dissipée sous forme d'énergie thermique, ce qui explique que la lampe chauffe.

Le moteur

Un moteur thermique convertit l'énergie chimique du carburant en énergie mécanique, utilisée pour mettre le véhicule en mouvement. Une partie de l'énergie est également dissipée sous forme d'énergie thermique, notamment lors de la combustion et par les frottements.

Dans un circuit électrique, le passage du courant dans un conducteur peut également provoquer un échauffement : ce phénomène est appelé effet Joule.

EN RÉSUMÉ

La puissance énergétique

Pour simplifier les comparaisons de fonctionnement des sources et des convertisseurs, il est intéressant de raisonner non pas en quantité d'énergie, mais en puissance. Il est possible de mesurer ou calculer des puissances pour toutes les formes d'énergie.

Définition de la puissance

La puissance est la quantité d'énergie produite ou consommée par unité de temps. Elle s'exprime en watt (W).

Puissance nominale des appareils

Sur les appareils électro-ménagers, il est possible de voir une valeur en watt. Il s'agit de la puissance nominale de l'appareil, c'est-à-dire sa puissance optimale de fonctionnement.

EN RÉSUMÉ

Les modes de transferts thermiques

Pour rappel, il existe 3 modes de transferts thermiques :

• La conduction : la chaleur se propage par contact
• La convection : la chaleur se propage avec le déplacement d'un fluide (liquide ou gaz, comme le vent par exemple)
• Le rayonnement : un rayonnement électromagnétique va se propager puis atteindre une matière qui va l'absorber et le convertir en énergie thermique.

Le rayonnement et l'énergie

Les panneaux solaires sont capables de transformer l'énergie rayonnante du soleil en électricité. Ainsi un rayonnement produit par une source d'énergie transporte de l'énergie.

De même, tout objet ou personne produisant de la chaleur rayonne. Les rayonnements sont d'autant plus importants que la source a une température élevée. La seule manière de ne pas rayonner est d'avoir une température se situant au 0 absolu.

Types de rayonnement

Il existe différents types de rayonnement, dont certains sont visibles à l'œil nu : ce sont les rayons visibles soit les couleurs que nous percevons (la lumière du Soleil, une ampoule ou un écran). Les rayonnements impliqués dans les transferts thermiques sont des infra-rouges (la chaleur émise par un radiateur, un feu de cheminée ou une personne).

EN RÉSUMÉ

Les rayons infra-rouges et le transfert d'énergie thermique

Les rayons impliqués dans le transfert d'énergie thermique sont eux des rayons de type infra-rouges :

• produire de la chaleur revient à émettre des rayons infra rouges ;
• recevoir de la chaleur revient à absorber des rayons infra rouges.

Le bilan radiatif de la Terre

Ainsi, étudier les échanges thermiques de la Terre et le réchauffement climatique revient à étudier le bilan radiatif de la Terre.

Mécanismes du bilan radiatif

• Le Soleil envoie une certaine puissance sous forme de rayonnement (principalement de la lumière visible et des infrarouges) à la Terre.
• La Terre, ayant une température au-dessus du zéro absolu (soit la température la plus basse qu'il est possible d'atteindre et qui correspond à −273,15 °C) émet elle-même des rayonnements infra-rouges.
• Les gaz présents dans l'atmosphère restituent une partie de ces rayons dans l'univers mais en absorbent une autre partie et les diffusent dans toutes les directions.

L'effet de serre et l'équilibre climatique

Sans gaz à effet de serre, la température de la Terre serait de -18 °C et elle serait inhabitable. Ce phénomène est donc nécessaire. Cependant, si l'atmosphère est trop chargée de ces gaz, les rayonnements seront moins dissipés dans l'univers et contribueront à augmenter la température moyenne de notre planète, qui se situe à 15°C dans notre équilibre actuel.

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