Forces, travail et énergie/Transferts d'énergie et énergie mécanique

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Energie mécanique

Définition

L'énergie mécanique $E_{M}$ d'un système est égale à la somme de son énergie cinétique et de son énergie potentielle.

$E_{M}=E_{C}+E_{PP}$

Théorème de l'énergie mécanique

On peut observer que lors d'une chute libre, où la seule force qui s'applique sur le système est le poids (la force due à l'accélération gravitationnelle), l'énergie mécanique se conserve.

Début d’un théorème

Théorème

Dans un référentiel galiléen, l'énergie mécanique d'un système se conserve lors de son mouvement à condition que les forces extérieures autres que le poids qui s'exercent sur lui ne travaillent pas.

Fin du théorème

Remarque

On parle parfois d'énergie totale à la place d'énergie mécanique.

Energie interne

Un corps recevant de l'énergie peut la stocker sous forme d'énergie cinétique, potentielle de pesanteur, ou interne. L'énergie interne correspond à l’ensemble des différentes formes d'énergie liées à la structure microscopique de ce corps. Par exemple, la chaleur d'un corps est une énergie qui provient de l'énergie cinétique des atomes qui le composent.

Transferts d'énergie

Il existe plusieurs façons de transférer de l'énergie d'un corps à un autre, la plus simple étant le travail d'une force.

Transfert thermique

Un transfert thermique survient lorsque deux corps de températures différentes sont mis en contact : il y a alors transfert thermique du corps le plus chaud vers le corps le plus froid, jusqu'à ce que les deux corps soient à la même température.

Propriété

Lors d'un transfert thermique, l'énergie interne U d'un corps pur de masse m et de capacité thermique massique c lorsque sa température passe d'une valeur $\theta _{i}$ à une valeur $\theta _{f}$ varie de la manière suivante :

$\Delta U=U_{f}-U_{i}=mc(\theta _{f}-\theta _{i})$

La variation de l'énergie interne $\Delta U$ ne sera positive que si $\theta _{f}>\theta _{i}$.

Rayonnement

Le rayonnement est un mode de transfert d'énergie qui ne nécessite pas de contact. Il peut même avoir lieu dans le vide. Le transfert d'énergie s'effectue grâce à la propagation des ondes électromagnétiques.

Principe de conservation de l'énergie

Si un système voit son énergie augmenter, cela signifie qu'un autre système lui a donné cette énergie : le capital énergétique de l'Univers est constant.

Début d’un principe

Principe

1er principe de la thermodynamique : lorsque les échanges d'énergie avec l'extérieur sont impossibles, on dit que le système est isolé. L'énergie de ce système reste constante.

Fin du principe