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Exercices

Sommaire

Je me teste

Exercice corrigé

8

Analyse énergétique du fonctionnement d’une lampe torche.

On fait fonctionner une lampe torche avec des piles. Elle fonctionne grâce à une pile LR6 qui permet à une ampoule de s’allumer. Au bout de quelques heures, la lampe s’éteint.
1.
Identifie les systèmes réservoir et convertisseur dans le cas de la lampe torche.
2.
Pourquoi la lampe s’est-elle éteinte ?
3.
Où se trouve désormais l’énergie qui était présente dans la pile ?
Doc. 1
Lampe torche.

Étapes de la méthode

  • Faire la liste des composants du dispositif.
  • Identifier dans cette liste ceux qui doivent être renouvelés ou rajoutés régulièrement (réservoirs) de ceux qui chauffent et qu’on ne remplace que s’ils sont cassés (convertisseurs).
  • Analyser l’énoncé et trouver la cause de la fin du transfert de l’énergie : soit le dispositif a fonctionné suffisament longtemps pour transférer toute l’énergie de son réservoir ; soit un évènement particulier a endommagé un convertisseur d’énergie.
  • Identifier les nouveaux réservoirs d'énergie. Pour cela, repérer les systèmes présents pour lesquels une grandeur physique a augmenté, ce qui correspond à un gain d’énergie.

Corrigé :

  • La pile est le système réservoir d’énergie. L’ampoule est le système convertisseur d’énergie.
  • La lampe s’est éteinte car la pile a transféré toute son énergie.
  • L’énergie présente dans la pile au départ a été transférée dans l’environnement.
Doc. 2
Méthode.
9

Fonctionnement d’un ventilateur.

Sandra a acheté un ventilateur portatif pour aller à la plage. Il fonctionne grâce à une pile LR6 qui fait tourner un petit moteur.
1.
Identifie le système réservoir d’énergie et le système convertisseur d’énergie.
2.
Que devient l’énergie stockée dans la pile ?
3.
Que devra faire Sandra au bout d’un certain temps afin que son ventilateur continue à fonctionner ?
Doc. 3
Ventilateur.

Je m'entraine

10

Reconnaitre les formes d’énergie.

Sonia est allée faire du camping. Elle a amené un radiateur portatif alimenté par une batterie.
1.
Quelle forme d’énergie est transférée de la batterie au radiateur ?
2.
Quelle forme d’énergie est transférée du radiateur à l’environnement ?
11

L’énergie dans la nourriture.

Chaque groupe de nutriments stocke une quantité différente d’énergie :
▪ 1 g de glucides correspond à 16 500 J ;
▪ 1 g de protides correspond à 17 500 J ;
▪ 1 g de lipides correspond à 37 000 J.
1.
Un steak haché de 100 g est composé de 19,6 g de protides et de 4,7 g de lipides. Quelle quantité d’énergie est associée à ce steak haché ?
2.
Anthony va faire du volleyball. Une énergie de 500 000 J est associée à 1 h de pratique de volleyball. Combien de steaks hachés Anthony doit-il manger pour couvrir son besoin d’énergie pour jouer deux heures ?
12

Les transferts d’énergie.

Adam fait chauffer une casserole sur la plaque électrique de sa cuisinière.
1.
Recopie et complète le schéma ci-dessous avec les expressions suivantes : énergie thermique - énergie électrique - plaque électrique - casserole.
Doc. 1
Les transferts d'énergie.
13

Lire une chaine énergétique.

1.
On a représenté la chaine énergétique complète d’une ampoule. Recopie le schéma et complète la légende.
Doc. 2
Chaîne énergétique.
14

Moulin à eau.

Diane visite une vieille ferme et aperçoit un moulin à eau. Elle constate que l’écoulement de l’eau met en mouvement une roue, qui à son tour met en mouvement des engrenages.
1.
Identifie la forme d’énergie que reçoit la roue.
2.
Identifie la réserve qui transfère de l’énergie à la roue.
3.
Identifie la forme d’énergie que transfère la roue.
4.
Identifie la réserve qui reçoit l’énergie de la part de la roue.
5.
Indique, en justifiant ta réponse, s’il y a eu conversion d’énergie.
6.
Quel est le rôle de la roue dans ce dispositif ?
15

Grillades en famille.

Emma fait un barbecue en famille et aide ses parents qui s’occupent de la cuisson des aliments. « C’est fou ! » se dit-elle en se rappelant son cours de Physique-Chimie. Dans cette situation du quotidien, il y a au moins trois formes d’énergie : énergie chimique, énergie lumineuse et énergie thermique.
1.
Associe chaque forme d’énergie à l’endroit où l’on peut la trouver dans cette situation.
16

Énergie propre et énergie verte.

L’énergie exploitée grâce aux panneaux solaires, aux éoliennes et aux centrales hydroélectriques est souvent appelée énergie verte ou énergie propre.
1.
Rappelle les formes d’énergie que tu connais. L’énergie verte en fait-elle partie ?
2.
Propose un terme plus correct du point de vue scientifique pour « énergie verte ».
17

Faire des conversions (1).

1.
Prépare un tableau de conversion de l’énergie, avec les multiples et sous-multiples du joule (J).
2.
Utilise le tableau pour réaliser les conversions suivantes :

Une notion, trois exercices

18

Une éolienne pour le jardin

Julie a installé une éolienne dans son jardin pour son éclairage extérieur. On a symbolisé le fonctionnement de l’éolienne par une chaine énergétique.
1.
Quel est le réservoir d’énergie qui transmet de l’énergie à l’éolienne ?
2.
Quelle forme d’énergie est transmise à l’éolienne ?
3.
Quel réservoir d’énergie reçoit de l’énergie de la part de l’éolienne ?
4.
Sous quelle forme se fait le transfert d’énergie de l’éolienne vers le réservoir final ?
Doc. 1
Une éolienne dans le jardin.
18

Le train à vapeur.

Les premiers trains fonctionnaient grâce à des moteurs à vapeur. L’énergie stockée dans l’air et dans le charbon était transférée au moteur à vapeur sous forme d’énergie thermique. Le moteur convertissait ensuite l’énergie reçue en énergie de mouvement qu’il transférait à l’ensemble du train. On considère que le charbon et l’air font partie d’un seul et même réservoir d’énergie.
1.
Quels étaient les deux réservoirs d’énergie et le convertisseur d’énergie ?
2.
Le moteur convertissait l’énergie qu’il recevait en une autre forme d’énergie. Laquelle ?
3.
Réalise la chaine énergétique du fonctionnement de ce train.
18

Des panneaux solaires pour chauffer l’eau

Les parents d’Alexandre ont installé des panneaux solaires thermiques pour pouvoir chauffer l’eau de leur maison. Un panneau solaire thermique permet de chauffer directement l’eau grâce au rayonnement du Soleil.
1.
Réalise la chaine énergétique du chauffage de l’eau dans la maison d’Alexandre.
Doc. 2
Des panneaux solaires.

J'approfondis

19

La biomasse.

La biomasse correspond à l’ensemble des espèces végétales et animales présentes sur Terre. L’utilisation la plus répandue de la biomasse est celle du bois en tant que combustible. Un des avantages principaux de la biomasse est que la quantité de dioxyde de carbone émise par son exploitation est absorbée lors de la croissance des plantes. Le dioxyde de carbone est un gaz polluant responsable de l’effet de serre.
1.
Rappelle la définition d’une source d’énergie renouvelable.
2.
La biomasse est-elle une source d’énergie renouvelable ?
3.
L’exploitation de la biomasse est-elle polluante ?
20

L’énergie, du barrage jusqu’à la maison.

On représente la chaine énergétique suivante pour expliquer les différents transferts et conversions d’énergie depuis le barrage hydroélectrique jusqu’à un écran de télévision.
1.
Quelle forme d’énergie est transférée de l’eau du barrage à la turbine ?
2.
Quelle forme d’énergie est transférée de l’alternateur à la télévision ?
3.
Dans quel réservoir l’énergie parvient-elle finalement ?
4.
Résume la chaine énergétique avec deux phrases expliquant le trajet de l’énergie.
Doc. 1
Énergie du barrage
21

La pendule Atmos (1).

La pendule Atmos est une pendule qui ne nécessite pas d’être remontée, contrairement aux autres pendules. On peut résumer son fonctionnement avec la chaine énergétique suivante : une capsule hermétique reçoit de l’énergie thermique et mécanique de l’environnement. Cette énergie est ensuite transmise à la pendule sous forme d’énergie mécanique. La pendule transmet ensuite de l’énergie à l’environnement sous forme d’énergie thermique.
1.
Réalise la chaine énergétique résumant le fonctionnement de la pendule Atmos.
Doc. 2
La pendule Atmos
22

La pendule Atmos (2).

La pendule Atmos est une pendule qui ne nécessite pas d’être remontée. Ses besoins en énergie sont 60 000 000 plus faibles que ceux d'une ampoule de 15 watts. Une pile LR6 (AA) permet à une ampoule de 15 watts de fonctionner pendant 1 000 s.
1.
Utilise la proportionnalité pour déterminer combien de temps pourrait fonctionner la pendule Atmos avec l’énergie contenue dans une pile LR6. Exprime le résultat dans l’unité la plus adaptée.
23

Eau chaude et eau froide.

Martin réalise une expérience. Il sépare un aquarium en deux à l’aide d’une plaque en verre. Il remplit ensuite une moitié de l’aquarium avec de l’eau froide et l’autre avec de l’eau chaude. Il revient vingt minutes plus tard et s’aperçoit que l’eau dans les deux compartiments est à la même température. Pourtant, il n’y a aucune fuite d’un compartiment à l’autre.
1.
Propose une explication à l’observation de Martin.
24

Les réserves mondiales d’uranium.

Les réserves mondiales d’uranium sont estimées à 5 360 000 tonnes. L’Australie possède 31 % de ces réserves. La consommation annuelle mondiale d’uranium est de 65 900 tonnes.
1.
Pendant combien d’années peut-on encore exploiter les réserves d’uranium ?
2.
Quelle quantité d’uranium l’Australie possède-t-elle ?
3.
L’uranium est-il une source d’énergie renouvelable ? Justifie ta réponse.
25

Des « pertes » d’énergie.

Le terme de « perte » d’énergie est employé couramment. On l’utilise surtout pour parler de l’isolation des bâtiments. La « perte » d’énergie correspond alors à un transfert d’énergie thermique depuis le batiment vers l’environnement externe.
1.
L’énergie perdue disparait-elle ? Explique ta réponse.
2.
Représente une chaine énergétique des pertes d’énergie d’une maison, en partant du réservoir d’énergie « réseau électrique ».
26

Une barre énergétique.

On peut lire sur l’étiquette d’une barre de céréales l’information suivante : Valeur énergétique pour 100 g : 344 kcal/ 1440 kJ. La masse d’une barre de céréales est de 50 g.
1.
Convertis en joules la quantité d’énergie contenue dans 100 g de barres de céréales.
2.
Sachant qu'une énergie de 2 400 000 J est associée à la pratique de 2 h de gymnastique, combien de barres de céréales apporteront à Marion l'énergie pour s’entrainer une heure ?
27

Les piles rechargeables.

Les piles rechargeables reçoivent et transfèrent de l’énergie sous forme électrique. Un chargeur permet de les recharger lorsqu’elles sont épuisées. Le stockage de l’énergie dans les accumulateurs se fait par le biais d’une transformation chimique provoquée par le courant électrique.
1.
Rappelle si l'énergie est une substance, ou bien une grandeur utilisée pour comprendre l'évolution des situations étudiées.
2.
Indique, en te servant de ta réponse à la question précédente, si les accumulateurs stockent directement l’énergie.
3.
Donne le nom du processus présenté dans l'énoncé qui permet le stockage de l’énergie dans les accumulateurs.
28

Faire du vélo.

Sarah essaye de comprendre comment les freins de son vélo lui permettent de s’arrêter. Elle s’aperçoit après avoir freiné que les patins des freins ainsi que la jante de sa roue ont chauffé.
1.
D’après le texte, à quel réservoir l’énergie du vélo est-elle transférée ?
2.
D’après le texte, sous quelle forme l’énergie est-elle transférée ?
3.
À partir de tes réponses aux questions précédentes, explique pourquoi le vélo s’arrête lorsque Sarah freine.
Doc. 3
Les freins.

Je résous un problème

Problématique

1.
Réalise la chaine énergétique résumant le fonctionnement de la lampe dynamo.
Pour actionner une lampe dynamo, il faut faire tourner sa manivelle. Ce mouvement (énergie mécanique) permet de transférer à la dynamo, de l’énergie initialement stockée dans le corps.
La dynamo transfère ensuite cette énergie à un accumulateur par transfert électrique. L’accumulateur permet de stocker l’énergie.
L’énergie est ensuite communiquée à l’ampoule par transfert électrique.
L'énergie reçue est alors transmise à l'environnement sous forme d'énergie lumineuse et thermique.
Doc. 1
Une dynamo manuelle.
Doc. 2
La chaine énergétique du fonctionnement de la lampe dynamo.

Exercices supplémentaires

La voiture mécanique.

Louise a trouvé un ancien jouet chez ses grand-parents : une voiture mécanique.
Pour faire avancer la voiture, il faut tourner plusieurs fois une clé et poser la voiture lorsque l’on relâche la clé : celle-ci va alors avancer.
Intriguée par ce fonctionnement, Louise démonte avec précaution la voiture pour essayer de découvrir ce qu’il se passe.
Elle constate que lorsqu’elle tourne la clé, elle comprime un ressort, et que lorsque la voiture a fini d’avancer, le ressort est détendu.
1.
Identifie les différents transferts d’énergie qui ont lieu lorsque Louise remonte la voiture puis la laisse avancer.

La machine à vapeur.

La machine à vapeur fait partie des inventions qui ont propulsé l’humanité dans l’ère industrielle.
La machine à vapeur permet de faire tourner des rouages en utilisant la combustion du charbon. C’est grâce à elle que les premiers trains ont vu le jour.
1.
Identifie la réserve énergétique utilisée dans la machine à vapeur.
2.
Identifie la forme sous laquelle est convertie l’énergie reçue par la machine à vapeur.

L’énergie nucléaire.

Les centrales nucléaires sont la principale source d’électricité en France. La fission de l’uranium 235 est le processus à l’origine du fonctionnement des centrales nucléaires.
L’utilisation de l’uranium 235 comme réserve énergétique a pour avantage de ne pas produire de CO2 mais produit des déchets radioactifs.
1.
Identifie dans le texte la conversion d’énergie qui a lieu au sein des centrales nucléaires.
2.
Identifie l’avantage et l’inconvénient des centrales nucléaires par rapport aux centrales à charbon par exemple.

Faire des conversions (2).

1.
Représente le tableau de conversion de l’énergie, avec les multiples et sous multiples du joule (J).
2.
Sers-toi du tableau et réalise les conversions suivantes :

Renouvelables ou non ?

1.
Parmis les ressources énergétiques suivantes, identifie celles qui sont des ressources renouvelables et celles qui sont des ressources non-renouvelables :
le pétrole - le gaz - l’eau - le vent - le charbon - soleil - uranium.

Parcours de compétences

Parcours de compétences

Aucune machine à mouvement perpétuel n’a réellement fonctionné indéfiniment sans apport d’énergie. Ne pouvant éviter le micro-frottement et le transfert d’énergie à l’environnement, toutes se sont finalement arrêtées.
1.
Quel est le problème rencontré pour la réalisation de ces machines ?

Niveau 1 - Je comprends le contexte scientifique de la situation proposée.

Coup de pouce : Qu’est-ce qu’une machine à mouvement perpétuel ? Relis l’énoncé.

Niveau 3 - J’identifie et je formule un problème scientifique pertinent.

Coup de pouce : Quel phénomène impliquant l’énergie arrête finalement les machines testées ? Quelle en est sa cause ?

Niveau 2 - Dans la situation proposée, je repère des éléments qui posent problème.

Coup de pouce : Qu’arrive-t-il à chaque machine testée ?

Niveau 4 - Je formule clairement le problème que j’ai identifié pour me permettre de le résoudre.

Coup de pouce : Quelle question faut-il poser à quelqu’un qui affirme avoir construit une vraie machine à mouvement perpétuel ?
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