cours et activité sur les énergies-diagramme énergetique

[Lorenzo]

Bonjour à tous j'ai réalisé le cours suivant avec mes élèves sur les énergies et ce qui s'y raccrochent.

Desormais nous allons réaliser une activité s'appuyant sur une vidéo d'un pingouin qui pedale pour allumer une lampe. L'objectif est de leur faire travailler sur la notion de diagramme énergetique.

L'activité est destinée à mes élèves de 5èmes et je souhaite qu'elle soit la plus rigoureuse possible donc n'hésitez pas à me faire vos commentaires/remarques. Merci à vous

[S.F]

l'activité est sympa. j'aurais une question : sur le schéma de la lampe, tu indiques énergie thermique et rayonnement en sortie de la lampe mais en-dessous de la case "environnement", il n'y a que énergie thermique ? est-ce qu'en 5°, on ne parle pas d'énergie lumineuse (ou photonique ?) ?
vraie question parce qu'avec mes terminales, on mettrait les deux termes.

[xavier29]

Super l'activité Lorenzo (j'espère avoir répondu à tes questions dans l'autre discussion).

l'activité est sympa. j'aurais une question : sur le schéma de la lampe, tu indiques énergie thermique et rayonnement en sortie de la lampe mais en-dessous de la case "environnement", il n'y a que énergie thermique ? est-ce qu'en 5°, on ne parle pas d'énergie lumineuse (ou photonique ?) ?
vraie question parce qu'avec mes terminales, on mettrait les deux termes.

S.F. merci pour ta question, c'est très utile de confronter les pratiques entre collège et lycée.

Les flèches représentent des transferts d'énergie, il est donc précisé à côté quel est le mode de transfert (transfert électrique, transfert mécanique, transfert thermique, ou transfert par rayonnement). Au lycée on utilisera peut-être plutôt : travail électrique, travail mécanique, transfert thermique, rayonnement. Pour les élèves la transition est facile.

Les rectangles par contre symbolisent les réservoirs (ou source) d'énergie, où celle-ci est stockée sous différentes formes : énergie chimique, énergie potentielle, énergie cinétique (ces deux étant parfois regroupés en énergie mécanique), énergie nucléaire, énergie thermique. La lumière (rayonnement) et l'électricité étant des modes de transfert elles n'ont pas à apparaître dans les rectangles des réservoirs d'énergie.
Les deux côtés de l'égalité issue du 1er principe de la thermo distinguent bien les formes d'énergie (à gauche) et les modes de transfert (à droite) : ΔEc(micro)+ΔEp(micro)+ΔEc(macro)+ΔEp(macro) = transfert thermique + travail des forces
ou
Energie thermique + énergie chimique + énergie nucléaire + Ec(macro) + Ep(macro) = transfert thermique + travail des forces

[Ben86]

Merci pour le partage, Lorenzo. Je suis justement en train de préparer mon cours sur l'énergie pour les 5ème et tes documents vont m'être utile pour organiser les idées.

Qu'est-ce que tu attends pour les formes d'énergie micro et macro ?
De la même façon, qu'est-ce que tu mets dans le diagramme des transferts ? J'ai un peu de mal à faire rentrer les réponses dans les cases.

[Aranel53]

Pour ma part, je pense que faire quelque chose de davantage progressif est utile pour les élèves. Le sujet est complexe et c'est chaud déjà pour nous. Là j'ai l'impression que tu abordes en même temps l'énergie, les formes d'énergie, les transferts, les sources et la caractère renouvelable ou non d'une source... pour moi c'est un peu beaucoup à la fois pour des 5e !

AU fil des années j'ai trouvé segmenter les fiches d'apport de contenu est pertinent. On parle d'abord de l'énergie et de la loi de conservation, puis uniquement des formes d'énergie à identifier dans les situations (6e et début 5e). Puis on parle d'augmentation et diminution de forme d'énergie (skateuse PhET), avec plein d'exemples, puis enfin on arrive aux phénomènes de transferts.

Mais ça peut aussi être pertinent de tout voir d'un coup afin de savoir dès le début ce qu'il ne faut pas confondre...

J'aurais une critique sur la définition de transfert :
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Définition : Quand de l’énergie « se déplace » d’un système vers un autre on parle de transfert d’énergie.

Je pense qu'il est important de bien préciser que l'énergie n'étant pas quelque chose de concret, elle ne se déplace pas lors d'un transfert. Ce n'est pas une bille d'énergie qui avance vers ailleurs. C'est une grandeur physique qui est comptée pour un réservoir et ensuite pour un autre réservoir. Le transfert est le phénomène qui permet d'augmenter l'énergie d'un objet pendant qu'un autre perd de l'énergie. Ce n'est pas un déplacement d'énergie, l'énergie n'est pas définie entre les deux objets lors d'un choc ou d'un transfert thermique... Je crains que garder des termes comme "déplacement d'énergie", même s'ils sont pratique induise des idées fausses sur ce qu'est l'énergie dans la tête des élèves.

Je ne comprends pas bien pourquoi tu as deux types de transferts principaux, divisés ensuite en deux et trois ? Tu sépares convection conduction et rayonnement que tu regroupes dans transfert thermique ? Je déconseille fortement cette approche. On a besoin du rayonnement pour la photosynthèse et les panneaux photovoltaiques alors que ça n'a rien à voir avec de la chaleur. Pour le transferts par rayonnement doit être à part, oui si ça fait pas autre chose ça chauffe, certes mais c'est pas la définition, c'est une conséquence.
Et la convection n'est pas un transfert, c'est un transport. C'est une simplification abusive de le placer depuis des décennies dans le transfert thermique mais physiquement ce n'est pas qqch de nouveau c'est de la conduction et du déplacement, c'est tout.

Pour revenir au pingouin, cette vidéo est tellement vieille que je ne sais pas si ça vaut le coup de parler des lampes fluocompactes alors que l'éclairage à LED est plus efficace et remplace complètement cette technologie. Aujourd'hui, il n'y a quasiment plus aucune lampe à incandescence nulle part. Et dans mon collège ils viennent de remplacer les tubes à décharges par des LED pour l'éclairage de la salle...