L'énergie : vocabulaire et schématisation

[Aranel53]

D'ailleurs, avec encore un peu de recul, on n'est toujours pas clair dans les définitions...

Pourquoi la lumière serait un transfert d'énergie, et l'énergie cinétique d'une balle qui roule sur le sol serait une forme d'énergie ? La définition sur laquelle je m'étais arrêtée était qu'on parle de "transfert d'énergie" quand le phénomène permet de passer d'une forme d'énergie à une autre mais n'est pas stockable. Le courant électrique en tant que déplacement de charges n'est pas "stockable" (à part dans des systèmes exotiques que l'on peut négliger) donc on parlera de transfert électrique et pas "d'énergie électrique" et la lumière n'est pas stockable donc on parlera de transfert par rayonnement et non pas "d'énergie lumineuse"... ok.

Sauf que comment on définit "stockable" ? ça veut bien dire "gardable "un certain temps" quelque part "? donc de quel ordre de grandeur de temps on parle ? Quand on calcule le temps que met la lumière pour venir du soleil on trouve plus de 8 minutes. C'est juste un transfert alors ou on considère que l'espace entre la terre et le soleil "stocke" l'énergie lumineuse ?
Et quand on fait rouler une toupie sur la table ? Le mouvement s'arrête en une minute... c'est de l'énergie cinétique stockée dans la toupie ou bien c'est un transfert mécanique entre l"énergie chimique du bras et l'énergie thermique de la matière en contact ? Comment un élève pourtant honnête et consciencieux pourrait-il faire la différence entre ces deux exemple et justifier le changement de vocabulaire ?

Ou alors il faut insister à mort sur la définition de système comme le préconise Xavier29 ? et rajouter le terme de transformation quand on est au sein du même système, donc en disant qu'il n'y a pas de transfert d'énergie, mais juste une transformation ? en collège, comment rendre ça digeste ?

Depuis deux ans, je me sens obligé de dire que nos définitions ne peuvent pas être utilisables dans l'absolu et qu'on fait ce qu'on peut, mais qu'il faut avoir vraiment compris que la quantité d'énergie totale ne change pas et qu'il faut réfléchir à ce qu'il se passe, mais c'est pas super satisfaisant. Sans parler du vocabulaire et des schémas de technologie qui rajoutent à la confusion.

Et vous, comment expliquez vous précisément ce qu'est un transfert d'énergie et pourquoi la lumière n'est pas une forme d'énergie avec que l'énergie cinétique en est une ?
(moi je dis qu'on ne peut pas garder de la lumière pour plus tard dans une boite pleine de miroirs, alors qu'on peut garder un truc en mouvement avec des roulements à bille pendant "longtemps", mais ça nécessite un choix sur l'ordre de grandeur du temps de stockage comme présenté plus haut. )

[znamrv]

Sans parler du vocabulaire et des schémas de technologie qui rajoutent à la confusion.

Et là, je suis tombé de très haut quand ma fille, en 4ème, m'a demandé de l'aider, et que je n'ai pas compris les questions... tant leur formulation et les documents et le livre même n'étaient pas clair du tout.

L'énergie cinétique est théoriquement stockable mais l'ordre de grandeur c'est 15 minutes d'après les liens suivants. C'est utilisé dans certains grand 8 de parcs d'attraction (volant d'inertie mis en route par le freinage, situation qui peut être intéressante) ou métro (de Rennes).

Bon sinon j'ai le même problème pour être rigoureux tout le temps en enseignement scientifique de term... pas de solution en vue.

Je mets la les 2 références qui ont l'air pas mal sur le sujet stockage
https://www.smartgrids-cre.fr/encyclope ... lectricite
https://www.ecosources.info/dossiers/St ... nt_inertie

[Aranel53]

Oui ces sites sont pas mal pour faire un peu le tour des solutions !

Et ça fait quelques années que je suis le développement du stockage inertiel par volant d'inertie en béton par l’entreprise française energiestro.
https://www.energiestro.fr/

Mais les conditions sont bien particulières... et j'avais découvert il y a quelques années que mon exemple de la "boite à miroirs qui garde la lumière pour plus tard" existe dans certains lasers à impulsions, ce qui permet d'augmenter ponctuellement la puissance.

Ou alors on dit que la notion de transfert ou de forme d'énergie dépend de ce qu'on étudie ? Je vais rester à ce qu'on disait et dire que l'énergie lumineuse est un abus de langage car elle existe pendant un temps tellement court que ce n'est pas elle qui est recherchée mais ses conséquences... on n'éclaire les pièces que pour espérer une réaction photochimique dans une rétine, et on n'allume un grille pain que pour chauffer la tartine et modifier sa composition chimique.
Mais bon, l'énergie cinétique aussi n'est souhaitée que par ses conséquences si on part par là.

Après rien n'est important et il faut être conscient des limites de nos définitions, mais bon, je vois trop d'élèves essayer de bien faire et me regarder avec un air vaguement suspicieux...

[ppgaza]

Bonjour,

Je suis cette discussion avec toujours autant d'intérêt, d'autant plus que je vais commencer ce chapitre en 5e et je bute sur les diagrammes. J'aimerai que les élèves puissent analyser d'eux même une situation de la vie courante et en tracer le diagramme, mais je remarque que ça ne marche pas toujours :

* la distinction transfert / forme d'énergie ne semble pas si claire : dans le cas de la lumière qui va du Soleil à la Terre, la durée caractéristiques est « longue ».
* associer une énergie à un objet peut poser problème : dans le cas de l'énergie de position d'une personne dans un ascenseur c'est le couple Terre - Personne qui « possède » cette énergie. Pas la personne toute seule.
* les convertisseurs n'existent pas toujours : quelle est le convertisseur impliqué dans la conversion énergie potentielle -> cinétique lors de la chute d'eau d'un barrage ?

Voila j'ai plein de questions sur les insuffisances des diagrammes tel que je les pratique. Si vous avez des réponses où des idées pour améliorer cela, ça m'intéresse. En attendant je crois que je vais faire ce qu'Aranel propose : passer par des phrases et faire quelques exemples sous forme de diagramme.

En écrivant cela il me vient une question : dans le transfert par rayonnement, l'onde transporte de l'énergie. Comment assure-t-on la conservation de l'énergie ? Je veux dire, quelle est la nature de l'énergie pendant le transfert ? E[sub]p,macro[/sub] ? E[sub]p,micro[/sub] ? E[sub]c,micro[/sub] ? Un physicien pourrait-il m'éclairer ?

[Aranel53]

* les convertisseurs n'existent pas toujours : quelle est le convertisseur impliqué dans la conversion énergie potentielle -> cinétique lors de la chute d'eau d'un barrage ?

Oui, pareil pour une bûche qui brûle ou un ressort qui se tend ou se détend... Xavier29 préconisait de rajouter un terme "transformation d'énergie" dans ces cas là où on reste dans le même système. Et de ne garder "conversion d'énergie" que pour les cas dans lesquels on peut identifier clairement un convertisseur.
Pour ma part j'ai abandonné cette idée et j'utilise conversion d'énergie, mais j'ai abandonné aussi l'idée de faire des diagrammes dans ces cas là. On fait des phrases. Quelle forme d'énergie augmente, quelle forme d'énergie diminue et c'est déjà bien.

En écrivant cela il me vient une question : dans le transfert par rayonnement, l'onde transporte de l'énergie. Comment assure-t-on la conservation de l'énergie ? Je veux dire, quelle est la nature de l'énergie pendant le transfert ? E[sub]p,macro[/sub] ? E[sub]p,micro[/sub] ? E[sub]c,micro[/sub] ? Un physicien pourrait-il m'éclairer ?

Certains diraient que pendant un transfert, c'est de "l'énergie tout court" et que parler de "nature d'énergie" pendant un transfert est déjà un problème.

Mais sinon, un système perd de l'énergie thermique et entraine un transfert par rayonnement vers l'extérieur, ce rayonnement peut augmenter l'énergie thermique de la matière à l'arrivée, ou bien son énergie chimique réaction photochimique, (voire l'énergie cinétique mais on va pas parler du radiomètre de crookes).

Et sinon quelle est vraiment ta question ? Comment le rayonnement électromagnétique modifie les états d'énergie électroniques dans la matière ? Entraine des vibrations/rotation des liaisons chimiques ? j'ai moi aussi une vision un peu partielle de tout ça je pense... mes cours sur les interaction rayonnement dipôle et les spectres de rovibration sont fort lointains !

[Aranel53]

Voilà la fiche que j'ai donnée aux 5e...

[xavier29]

Pourquoi la lumière serait un transfert d'énergie, et l'énergie cinétique d'une balle qui roule sur le sol serait une forme d'énergie ? La définition sur laquelle je m'étais arrêtée était qu'on parle de "transfert d'énergie" quand le phénomène permet de passer d'une forme d'énergie à une autre mais n'est pas stockable. (...)

Il peut y avoir transfert d'énergie sans passer d'une forme à une autre. Exemple : une raquette qui frappe une balle.

Sauf que comment on définit "stockable" ? ça veut bien dire "gardable "un certain temps" quelque part "? donc de quel ordre de grandeur de temps on parle ? Quand on calcule le temps que met la lumière pour venir du soleil on trouve plus de 8 minutes. C'est juste un transfert alors ou on considère que l'espace entre la terre et le soleil "stocke" l'énergie lumineuse ?

Oula tu es parti loin. Perso je m'en tiens au premier principe de la thermo qui distingue clairement énergie et transfert.
https://fr.wikipedia.org/wiki/Premier_p ... ferm%C3%A9

Dans le cas du bois qu'on met dans un poele ou des aliments qu'on ingère, on n'est plus dans un système fermé.

Un cas concret de diagramme permettant aux élèves de mieux comprendre : la comparaison entre un moteur thermique et un moteur électrique. Quand je parle d'énergie "utile" et de perte par transfert thermique, certains me demandent si dans chaque type de moteur il y a autant d'énergie perdue. Je les questionne alors sur quel moteur chauffe le plus pour les amener à trouver la réponse par eux même. On enchaîne ensuite sur le freinage régénératif qui se montre très bien en diagramme énergétique : on inverse le sens des flèches (sauf pour les pertes par transfert thermique).

(...) rajouter le terme de transformation quand on est au sein du même système, donc en disant qu'il n'y a pas de transfert d'énergie, mais juste une transformation ? en collège, comment rendre ça digeste ?

Je traite les deux à part :
- sources d'énergie, formes d'énergie, transfert d'énergie, conversion d'énergie, conservation.
- puis on étudie l'énergie cinétique (calculs) et la conservation de l'énergie mécanique.

Et vous, comment expliquez vous précisément ce qu'est un transfert d'énergie et pourquoi la lumière n'est pas une forme d'énergie avec que l'énergie cinétique en est une ?

Je dis qu'un système peut céder de l'énergie à un autre par transfert d'énergie, J'essaie d'éviter que les élèves pensent que l'énergie est comme un fluide. Je nomme les différents modes de transfert. J'explique pas : on est au collège.

[Aranel53]

Oui, voilà si on veut être rigoureux il faut passer par la notion de système. Ce qui à mon avis n'est pas bien faisable en collège. En tous cas, je n'y arrive pas moi.
La plupart des situation de la vie courante ont tendance à être complexes à modéliser proprement par des systèmes.

Et tu ne parles pas des systèmes ouverts alors ?

D'accord pour tenter d'éviter de faire passer passer l'énergie comme une fluide, je m'y emploie du mieux possible mais c'est loin d'être facile par contre...

[ppgaza]

Oula tu es parti loin. Perso je m'en tiens au premier principe de la thermo qui distingue clairement énergie et transfert.
https://fr.wikipedia.org/wiki/Premier_p ... ferm%C3%A9

Je ne comprends pas bien comment on peut en déduire cela du premier principe. Le premier ppe relie une variation d'énergie à des transferts (thermique et mécanique). Le fait qu'il y ait des transferts mécaniques n'empêchent pas qu'il existe une énergie cinétique. Comment en déduit tu que l'énergie de rayonnement ne serait qu'un transfert ?

"Et sinon quelle est vraiment ta question ? Comment le rayonnement électromagnétique modifie les états d'énergie électroniques dans la matière ? Entraine des vibrations/rotation des liaisons chimiques ? j'ai moi aussi une vision un peu partielle de tout ça je pense... mes cours sur les interaction rayonnement dipôle et les spectres de rovibration sont fort lointains !

Je crois que je saisi que parler de nature d'énergie dans un transfert ne veux pas dire grand chose.
Histoire de mettre à l'épreuve la distinction énergie, transfert, on pourrait imaginer un spot placé à 1 minute-lumière de la Terre. Il émet une radiation visible sur une durée brève, disons une seconde. Pendant que l'impulsion « voyage », l'énergie n'est conservée que si l'on tient compte de la quantité d'énergie transportée par l'onde...

[Aranel53]

Pendant que l'impulsion « voyage », l'énergie n'est conservée que si l'on tient compte de la quantité d'énergie transportée par l'onde...

Ok je vois mieux ce que tu voulais dire par conservation d'énergie, et en effet, clairement dans ce cas là on parlerait de forme d'énergie lumineuse, d'ailleurs c'est ce qu'on fait quand on dit E=h nu, on ne parle pas de transfert mais bien de l’énergie véhiculée par le photon...

Mais en collège on n'en est pas là. Sauf qu'il faut que les élèves soient conscients de cette complexité tout en arrivant à se dépatouiller de ce qu'on leur demande...

Bon j'ai essayé de rajouter des exemples et de finir ma fiche bilan sur tout ça.

Dites moi ce que vous en pensez si ça vous dit de jeter un oeil.