Énergie : conversions et transferts (PCM STL)

Ce matériel couvre le thème « Énergie : conversions et transferts » du programme de physique-chimie et mathématiques de terminale STL. Ce thème relie les différents domaines de la physique-chimie par l'intermédiaire de l'énergie, en se limitant à la mécanique, à la chimie, à l'électricité et aux ondes électromagnétiques. L'objectif est d'effectuer des bilans énergétiques qualitatifs et quantitatifs sur des dispositifs concrets : barrage hydroélectrique, éolienne, panneau photovoltaïque, accumulateur, laser.

Les chaînes énergétiques font identifier réservoirs, convertisseurs et formes d'énergie, puis calculer un rendement et associer l'énergie perdue à un transfert thermique. En mécanique, l'élève exprime le travail d'une force constante, relie le travail du poids à la variation d'énergie potentielle de pesanteur, exploite la conservation de l'énergie mécanique et associe une perte d'énergie mécanique au travail des frottements. L'énergie stockée dans une retenue d'eau est estimée à partir de sa masse et de son dénivelé.

La partie « Énergie chimique » introduit l'enthalpie : lecture d'un diagramme d'état (par exemple la sublimation de la carboglace sous une pression inférieure à celle du point triple), signe d'une enthalpie de changement d'état, calcul d'une enthalpie standard de réaction par la loi de Hess à partir d'enthalpies de formation tabulées, relation ΔH = m c ΔT pour une phase condensée et pouvoir calorifique d'un combustible.

En électricité, le matériel mobilise la loi des nœuds, la loi des mailles, la loi d'Ohm, la puissance P = UI, l'énergie E = PΔt et l'effet Joule, puis la quantité d'électricité d'un accumulateur (conversion des ampères-heures en coulombs), l'énergie disponible et la durée de fonctionnement. Enfin, la partie « Énergie et ondes » relie flux et éclairement énergétiques pour calculer le rendement d'un panneau photovoltaïque, et fait calculer l'énergie reçue d'un faisceau laser, dont les propriétés (directivité, monochromaticité, concentration d'énergie) expliquent les consignes de sécurité.

Toutes les données sont fournies dans les énoncés. Le travail écrit propose huit exercices rédigés, dont un bilan complet sur une retenue d'eau et le rendement d'un moteur électrique.

• Décrire une chaîne énergétique et calculer un rendement
• Calculer un travail et exploiter la conservation de l'énergie mécanique
• Calculer une enthalpie de réaction par la loi de Hess
• Utiliser ΔH = m c ΔT et le pouvoir calorifique
• Réaliser un bilan énergétique dans un circuit électrique simple
• Relier flux, éclairement et énergie reçue (panneau photovoltaïque, laser)

Programme de terminale STL, thème « Énergie : conversions et transferts » : chaînes énergétiques, conservation de l'énergie, rendement, dissipation ; énergie mécanique (travail, énergie potentielle de pesanteur, énergie mécanique, énergie disponible) ; énergie chimique (diagramme d'état, enthalpies de changement d'état, de formation, de réaction, loi de Hess, capacité thermique, pouvoir calorifique) ; énergie électrique (lois des nœuds et des mailles, loi d'Ohm, puissance, effet Joule, source idéale, quantité d'électricité) ; énergie et ondes (flux et éclairement énergétiques, rayonnement laser, protection).