Énergie : thermique, mécanique et lumineuse (PCM STI2D)

Ce matériel rassemble trois formes d'énergie étudiées en terminale STI2D, en s'appuyant sur les sous-parties « énergie interne », « énergie mécanique » et « énergie transportée par la lumière » du programme de physique-chimie et mathématiques.

L'énergie interne est abordée par les transferts thermiques à travers une paroi. Le flux thermique est un débit d'énergie, qui s'exprime en watts ; en régime permanent, il est égal à l'écart de température divisé par la résistance thermique de la paroi. Cette résistance se calcule à partir de l'épaisseur, de la surface et de la conductivité thermique du matériau, et les résistances des couches d'une paroi multicouche s'additionnent. Les exercices montrent ce que change une couche d'isolant, ce qui éclaire les choix faits dans le bâtiment.

L'énergie mécanique commence par le principe fondamental de la dynamique appliqué à un mouvement rectiligne : de l'accélération on déduit la résultante des forces, et inversement. La variation d'énergie cinétique, égale à la somme des travaux, permet de déterminer une force de frottement supposée constante, par exemple lors d'un freinage. Les mouvements de rotation introduisent la vitesse angulaire (avec la conversion depuis les tours par minute), la relation entre vitesse linéaire et vitesse angulaire, le moment d'une force, le couple et la puissance mécanique ; le point de fonctionnement d'un ensemble moteur-charge se lit à l'intersection des deux caractéristiques. La pression, la différence entre pression absolue et pression relative et le principe fondamental de l'hydrostatique complètent cette partie.

L'énergie lumineuse est traitée par le modèle du photon, dont l'énergie vaut h × f, puis par les conversions photovoltaïque (lumière vers électricité) et photothermique (lumière vers chaleur). On calcule le rendement d'un panneau à partir de son point de fonctionnement et de l'éclairement reçu.

Le matériel propose un quiz de calculs et de raisonnement, des flashcards de relations et d'unités, un oral d'entraînement et une fiche de huit exercices rédigés : mur isolé, accélération et freinage d'une voiture, moteur électrique, poulie, cuve d'eau, panneau solaire et énergie d'un photon.

• Calculer la résistance thermique d'une paroi multicouche et le flux qui la traverse
• Relier forces et accélération par le principe fondamental de la dynamique
• Déterminer une force de frottement à partir de la variation d'énergie cinétique
• Calculer un moment, un couple et une puissance en rotation
• Exploiter la pression dans un fluide au repos
• Calculer le rendement d'un panneau photovoltaïque

Programme de physique-chimie et mathématiques de terminale STI2D, domaine « Énergie » : énergie interne (flux thermique, conduction et résistance thermique), énergie mécanique (principe fondamental de la dynamique, frottements, travail, rotation, moment d'une force et couple, pression et statique des fluides), énergie transportée par la lumière (photon, conversions photovoltaïque et photothermique).