L'énergie est la « nourriture » nécessaire à toute action. Elle peut prendre plusieurs formes : mécanique, thermique, électrique, hydraulique, chimique, etc.
Unités de mesure de l'énergie
Elle s'exprime en joules (J) dans le système international d'unités.
Autres unités pratiques :
Le Watt heure (1 Wh = 3 600 J)
La calorie (1 cal = 4,18 J)
La tonne équivalent pétrole (1 tep = 42 GJ)
Puissance
La puissance mesure la rapidité à laquelle l'énergie est consommée :
Formule : Puissance = Énergie / Temps
Unités de mesure de la puissance
Elle s'exprime en watt (W) dans le système international d'unités, sachant que 1 W = 1 J/s (donc 1 J = 1 W.s).
Autre unité pratique : le cheval vapeur (1 ch = 736 W)
EN RÉSUMÉ
Les composantes de l’énergie et de la puissance
Composantes de l'énergie et de la puissance
Quelle que soit la forme de l'énergie ou de la puissance, elles sont toujours le produit de 2 composantes :
Énergie = Composante d'effort x Composante de déplacement
Puissance = Composante d'effort x Composante de flux
Composantes selon les différentes formes d'énergie
Voici pour différentes formes d'énergie les composantes respectivement d'effort, de déplacement et de flux :
Forme d'énergie
Composante d'effort
Composante de déplacement
Composante de flux
Mécanique de translation
Force (en N)
Distance (en m)
Vitesse (en m/s)
Mécanique de rotation
Couple (en Nm)
Angle (en rad)
Vitesse angulaire (en rad/s)
Hydraulique
Pression (en Pa)
Volume (en L)
Débit (en L/s)
Électrique
Tension (en V)
Charge (en C ou en Ah suivant que l'énergie est exprimée en J ou en Wh)
Intensité (en A)
Thermique
Température (en K)
Quantité de chaleur (en J/K)
Flux de chaleur (en W/K)
EN RÉSUMÉ
Rendement énergétique
Conservation et transformation de l'énergie
Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme ! Lorsqu'on fait une action, on consomme de l'énergie en entrée et on obtient une énergie utile en sortie ainsi que de l'énergie inutile qu'on qualifie de pertes.
Exemple
Un moteur électrique consomme de l'énergie électrique et il fournit de l'énergie mécanique utile ainsi que de la chaleur inutile.
Principe de conservation de l'énergie
Comme l'énergie se conserve on a :
Énergie consommée = Énergie utile + Pertes
Le rendement énergétique
Le rendement mesure le rapport entre énergie utile et consommée :
Du fait de la conservation de l'énergie et de l'existence de pertes, le rendement sera toujours inférieur à 1 (où à 100%).
Coefficient de performance (COP)
Certains appareils, comme les pompes à chaleur, prélèvent de l'énergie dans le milieu ambiant. Cette énergie prélevée n'est en général pas comptabilisée et le rapport de la puissance utile sur la puissance consommée peut alors être supérieur à 1. On parle alors d'efficacité énergétique ou de coefficient de performance (COP).
Chaîne d'énergie
Dans le cas d'une chaîne d'énergie, le rendement global de la chaîne est le produit des rendements des composants de la chaîne, donc nécessairement plus petit que le plus petit des rendements des composants (en ajoutant des pertes, chaque nouveau composant « dégrade » le rendement global).
EN RÉSUMÉ
Grandeurs d’effort et de flux, calcul de puissance
Grandeurs physiques et puissance
Grandeur d'effort
Une grandeur d'effort est, dans le domaine physique, une grandeur qui donne les conditions pour déplacer de la matière.
Exemple
Tension électrique, force mécanique, couple, température, pression, etc…
Grandeur de flux
Une grandeur de flux est, dans le domaine physique, une grandeur correspondant à un déplacement de matière.
Exemple
Courant électrique, vitesse de translation ou de rotation, flux de chaleur, débit, etc..
Puissance
La puissance est caractérisée par le produit d'une grandeur d'effort par une grandeur de flux.
Exemples communs
Domaine
Formule
Grandeur d'effort
Grandeur de flux
Électrique
P = U.I
Tension U en Volts
Intensité I en A
Mécanique (translation)
P = F.V
Force en N
Vitesse en m/s
Mécanique (rotation)
P = C.Ω
Couple en N.m
Vitesse angulaire en Rad/s
Hydraulique
P = p.Q
Pression p en Pascal
Débit Q en m3
Énergie
L'unité de puissance P est le Watt, qui correspond à un travail (énergie) W de 1 Joule échangé par seconde.
La relation entre énergie et puissance est donnée par : W = P × t
