L'énergie : vocabulaire et schématisation

Sur les différentes pratiques pédagogiques et les documents généraux, les évaluations, la didactique, l'épistémologie... Tout ce qui est disciplinaire mais non lié à un niveau donné.

Re: L'énergie : vocabulaire et schématisation

Messagede xavier29 » 22 Nov 2019, 18:49

Comme on disait ci-dessus, on ne peut pas tout mettre dans un diagramme. D'ailleurs plus tard dans la scolarité ce sont les rendements des convertisseurs qui sont étudiés et les diagrammes se focalisent alors sur les transferts d'énergie entrant et sortant des convertisseurs, par exemple :

Rendement_lampe1.png


Dans le cas du barrage hydroélectrique, si on veut représenter la transformation Ep en Ec de l'eau, on peut faire ça ? La turbine n'est pas un convertisseur à mon avis. De même que chaque engrenage qui la connecte à la turbine.

Barrage_hydroelectrique.png


https://www.youtube.com/watch?v=xj-5up8vp-o
Vous n’avez pas les permissions nécessaires pour voir les fichiers joints à ce message.
xavier29
 
Messages: 472
Inscription: 18 Mar 2015, 03:05
Académie: Non précisée
Poste: Enseignant en Collège

Re: L'énergie : vocabulaire et schématisation

Messagede Aranel53 » 22 Nov 2019, 23:48

Oui ça se plaide aussi...

Mais bon, la turbine n'a pas pour vocation de garder de l'énergie cinétique, elle est reliée pour transférer cette énergie ailleurs. De même pour l'eau en mouvement dans la conduite forcée, si on n'a pas de dispositif au bout tout est perdu en énergie thermique, comme pour la lumière... La lumière est un transfert par rayonnement, car elle n'est pas stockable à nos échelles de temps. Certes mais aussi le cas pour l'énergie cinétique le plus souvent... comment justifier ce "deux poids deux mesures" auprès des élèves ? :? Par conséquent, dire que l'eau qui descend dans la conduite est un "réservoir d'énergie" ou même "une source" est un peu abusif à mon avis, même si c'est justifiable et justifié.

Et pour une éolienne mécanique de type western ? ou un moulin à grains... convertisseurs ou pas ? c'est du transfert mécanique vers du transfert mécanique... Pour moi ce sont clairement des convertisseurs pourtant on ne peut pas dire que la meule puisse "stocker" une quelconque énergie cinétique. Ce n'est pas possible et ce n'est pas le but recherché.
Du coup le but c'est quoi ? "énergie chimique du blé broyé" ? ... oui c'est ça en fait. donc on a du transfert mécanique à l'entrée et à la sortie pour obtenir une modification de l'énergie chimique du blé à partir d'énergie cinétique de l'air ... ça fait carrément bizarre présenté comme ça, mais ça me paraît correct.

Et l'éolienne mécanique de pompage ? on arrive à de l'énergie potentielle de pesanteur de l'eau à partir d'énergie cinétique de l'air. Pour moi le dispositif est identique à la turbine et ses engrenages. Donc si ce type d'éolienne est un convertisseur, alors une turbine l'est aussi, non ? même si en sortie on a une simple "énergie cinétique de son axe"...

En fait c'est la définition de convertisseur qui est la clé. "dispositif technologique servant à obtenir une forme d'énergie voulue associée à un système particulier" ? donc un petit moulin à eau relié à rien est un convertisseur entre l'énergie cinétique de l'eau et l'énergie cinétique de son axe ? bein, non on dirait juste un simple transfert mécanique ici... par contre ça deviendrait un convertisseur si je rajoute une courroie qui fait monter un truc ou percer un machin, ou frotter pour chauffer autre chose ?

Bon, désolé j'écris comme je pense, ça doit être pénible à lire ! :mrgreen: ... je vais aller dormir, ça va se décanter pendant la nuit ! ;-)
« Comme le feu de la pierre ne sort, Sans la frapper du fer par violence : Semblablement sans faire grand effort, La Vérité ne sort en évidence. »
Guillaume De La Perrière 1553.
Aranel53
 
Messages: 5842
Inscription: 26 Fév 2010, 15:42
Localisation: Sud de la Drôme
Académie: Grenoble
Poste: Enseignant en Collège/Lycée

Re: L'énergie : vocabulaire et schématisation

Messagede xavier29 » 23 Nov 2019, 01:17

Aranel53 a écrit:Et pour une éolienne mécanique de type western ? ou un moulin à grains... convertisseurs ou pas ? c'est du transfert mécanique vers du transfert mécanique... Pour moi ce sont clairement des convertisseurs pourtant on ne peut pas dire que la meule puisse "stocker" une quelconque énergie cinétique.


Je vois deux approches en réponse aux questions que tu soulèves :
(édition : voir ci-dessous)
- 1ère approche : soit on considère que la turbine est un réservoir d'énergie intermédiaire qui n'a pas de variation dans la quantité d'énergie stockée- contrairement au réservoir de départ (la source) qui en perd et le réservoir d'arrivée qui en gagne. La différence avec les convertisseurs étant que la turbine ne permet pas de convertir (justement :) ) une forme d'énergie en une autre.
Il y a eu un régime transitoire où la turbine a stocké de l'énergie : au démarrage on a bien eu un transfert d'une partie de l'énergie cinétique de l'eau vers la turbine qui a alors vu son énergie cinétique augmenter. Idem pour le rotor d'une éolienne, ou la meule, ou même le rotor d'un alternateur. En régime permanent on peut les considérer comme des réservoirs d'énergie intermédiaires qui n'ont pas de variation dans la quantité d'énergie stockée.
Jusqu'où détailler ? Dans une éolienne, si on va jusqu'à distinguer rotor et stator, alors on voit bien la différence entre un convertisseur (le stator) et les réservoirs intermédiaires.

Je tente une formalisation en texte :ugeek: :D :
[[Réservoir|Forme d'énergie]]
---Mode de transfert--->>
((Convertisseur))

1ère approche : EOLIENNE : [[Vent|Ec]]---Transfert méca--->>[[Rotor|Ec]]---Transfert méca--->>[[Multiplicateur|Ec]]---Transfert méca--->>[[Rotor de l'alternateur|Ec]]---Transfert méca--->>((Stator))---Transfert électrique--->>

Bon pas super clair, en schéma :
1ère approche (convertisseur = s'il y a changement de forme d'énergie) :


- 2ème approche : on considère un convertisseur non pas comme un système capable de convertir une forme d'énergie en une autre, mais comme un système permettant de passer d'un mode de transfert à un autre (transfert thermique, rayonnement, mécanique ou électrique). Dans cette approche là on peut avoir des convertisseurs partout (sauf au départ et à l'arrivée) si l'on distingue les transferts mécaniques selon les forces qui travaillent (forces de pression d'un gaz, tension d'un fil, forces électromagnétiques, etc). C'est déjà ce qu'on fait quand on distingue le transfert mécanique du transfert électrique (ce sont tous les deux un transfert d'énergie par travail d'une force). La turbine serait alors un convertisseur parce que qu'elle reçoit de l'énergie par travail des forces de pression de l'air et qu'elle en cède par travail du couple de forces de son axe.

2ème approche : EOLIENNE : [[Vent|Ec]]---Travail forces de pression--->>((Rotor))---Travail couple de forces--->>((Rotor de l'alternateur))---Travail forces électromagnétiques--->>((Stator))---Transfert électrique--->>

2ème approche (convertisseur = s'il y a changement de mode de transfert, en détaillant les forces mises en jeu dans les transferts mécaniques) :
Eolienne_approche_convertisseur.png


Aranel53 a écrit:un petit moulin à eau relié à rien est un convertisseur entre l'énergie cinétique de l'eau et l'énergie cinétique de son axe ? bein, non on dirait juste un simple transfert mécanique ici... par contre ça deviendrait un convertisseur si je rajoute une courroie qui fait monter un truc ou percer un machin, ou frotter pour chauffer autre chose ?


Oui, c'est comme ça que je vois la chose moi aussi.
Vous n’avez pas les permissions nécessaires pour voir les fichiers joints à ce message.
Dernière édition par xavier29 le 24 Nov 2019, 03:11, édité 1 fois.
xavier29
 
Messages: 472
Inscription: 18 Mar 2015, 03:05
Académie: Non précisée
Poste: Enseignant en Collège

Re: L'énergie : vocabulaire et schématisation

Messagede cj-l » 23 Nov 2019, 09:15

et si on considère les frottements de l'axe de la turbine, et la dissipation liée, est ce que cela ne change pas la turbine en convertisseur ?
cj-l
 
Messages: 21
Inscription: 09 Oct 2018, 15:00
Académie: Lille
Poste: Enseignant en Collège

Re: L'énergie : vocabulaire et schématisation

Messagede xavier29 » 23 Nov 2019, 13:37

cj-l a écrit:et si on considère les frottements de l'axe de la turbine, et la dissipation liée, est ce que cela ne change pas la turbine en convertisseur ?


Oui et comme il n'y a pas de transfert sans dissipation (si ?), on n'a que des convertisseurs dans les systèmes intermédiaires, logique. J'introduis la notion de convertisseur avec le fait qu'il y a des pertes, mais seulement avec des diagrammes à un seul convertisseur, mais on peut aller plus loin avec le même principe (détailler la chaîne).

Eolienne_convertisseur_avec_pertes_simplifie.png


Eolienne_convertisseur_avec_pertes_detail.png


Eolienne_convertisseur_avec_pertes_detail_travail.png
Vous n’avez pas les permissions nécessaires pour voir les fichiers joints à ce message.
xavier29
 
Messages: 472
Inscription: 18 Mar 2015, 03:05
Académie: Non précisée
Poste: Enseignant en Collège

Re: L'énergie : vocabulaire et schématisation

Messagede Aranel53 » 23 Nov 2019, 15:05

Merci pour les réponses, ça va se clarifier sur ce qu'on dit aux élèves et pourquoi. On a le droit de simplifier mais ils doivent savoir pourquoi et jusqu'où à mon avis pour qu'on puisse être légitimes.

Xavier29, je crois que leur montrer les deux schémas détaillés possible pour l'éolienne est une bonne idée. On leur explique que "ça dépend comment on regarde" et qu'en gros tout est "juste" tant qu'on a à peu près compris ce qui se passe, pour le collège. Qui perd de l'énergie, qui en gagne et qui sert juste à ce que ça puisse marcher.

Mais j'aime bien la vision en détaillant le type de travail, avec plusieurs convertisseurs.

Mais alors, dans mes exemples avec des "transferts simples", comment on représente les choses ? On n'a pas à les représenter forcément, certes. Par exemple le carreau à la pétanque.
L'énergie cinétique de la première boule diminue et l'énergie cinétique de la deuxième augmente lors du transfert mécanique lié à l'impact. Mais les deux boules voient leur énergie thermique augmenter (un petit peu). C'est la misère à représenter car le transfert mécanique permet à la fois la modification d'énergie cinétique et d'énergie thermique... donc pour ces cas là on en reste à des phrases, le schéma n'apporte rien, si ?
« Comme le feu de la pierre ne sort, Sans la frapper du fer par violence : Semblablement sans faire grand effort, La Vérité ne sort en évidence. »
Guillaume De La Perrière 1553.
Aranel53
 
Messages: 5842
Inscription: 26 Fév 2010, 15:42
Localisation: Sud de la Drôme
Académie: Grenoble
Poste: Enseignant en Collège/Lycée

Re: L'énergie : vocabulaire et schématisation

Messagede Aranel53 » 23 Nov 2019, 15:18

xavier29 a écrit:
Dans cette approche là on peut avoir des convertisseurs partout (sauf au départ et à l'arrivée) si l'on distingue les transferts mécaniques selon les forces qui travaillent (forces de pression d'un gaz, tension d'un fil, forces électromagnétiques, etc). C'est déjà ce qu'on fait quand on distingue le transfert mécanique du transfert électrique (ce sont tous les deux un transfert d'énergie par travail d'une force). La turbine serait alors un convertisseur parce que qu'elle reçoit de l'énergie par travail des forces de pression de l'air et qu'elle en cède par travail du couple de forces de son axe.

Exactement ! je pense que dire ça rend pas mal de choses plus claires. ( enfin plus claires pour nous, car les élèves n'en sont pas là...)

Dans la même veine, j'ai du mal à ne pas voir un transfert mécanique dans une chute libre car derrière j'y vois le travail de la force gravitationnelle. Un travail est bien un transfert ? Non, pas ici car le système reste le même quand on garde l'ensemble planète-objet. Par conséquent on se retrouve avec du "travail-transfert" et du "travail-transformation" notions qui ne seront plus jamais utilisées ainsi par la suite... c'est délicat.

Donc à mon avis on doit davantage insister sur les idées et représentation cachées derrière que sur le vocabulaire lui même "conversion", "transformation", "transfert"... :?
« Comme le feu de la pierre ne sort, Sans la frapper du fer par violence : Semblablement sans faire grand effort, La Vérité ne sort en évidence. »
Guillaume De La Perrière 1553.
Aranel53
 
Messages: 5842
Inscription: 26 Fév 2010, 15:42
Localisation: Sud de la Drôme
Académie: Grenoble
Poste: Enseignant en Collège/Lycée

Re: L'énergie : vocabulaire et schématisation

Messagede xavier29 » 24 Nov 2019, 04:10

Aranel53 a écrit:Xavier29, je crois que leur montrer les deux schémas détaillés possible pour l'éolienne est une bonne idée. On leur explique que "ça dépend comment on regarde" et qu'en gros tout est "juste" tant qu'on a à peu près compris ce qui se passe, pour le collège. Qui perd de l'énergie, qui en gagne et qui sert juste à ce que ça puisse marcher.


Savoir que les conversions amènent des pertes est très important à savoir aujourd'hui, c'est le gros débat entre les voiture électrique à hydrogène ou batterie. L'hydrogène nécessitant de nombreuses conversions.
Quand les élèves connaissent phénomène de perte associé aux conversions, alors il y a changement de forme d'énergie, le schéma avec convertisseurs est donc très cohérent et simple à amener, je ne présenterai que celui là.

Aranel53 a écrit:Mais alors, dans mes exemples avec des "transferts simples", comment on représente les choses ? On n'a pas à les représenter forcément, certes. Par exemple le carreau à la pétanque.
L'énergie cinétique de la première boule diminue et l'énergie cinétique de la deuxième augmente lors du transfert mécanique lié à l'impact. Mais les deux boules voient leur énergie thermique augmenter (un petit peu). C'est la misère à représenter car le transfert mécanique permet à la fois la modification d'énergie cinétique et d'énergie thermique... donc pour ces cas là on en reste à des phrases, le schéma n'apporte rien, si ?


Comment faire une chaîne énergétique avec une source qui a deux formes d'énergie qui varient, une qui diminue et l'autre qui augmente ? Euh... joker :mrgreen: ! Si les deux diminuent, et sont associés à deux modes de transfert, on peut faire deux flèches, mais sinon ?

Aranel53 a écrit:(...) j'ai du mal à ne pas voir un transfert mécanique dans une chute libre car derrière j'y vois le travail de la force gravitationnelle.


Transfert entre quoi et quoi ? Qui perd de l'énergie, qui en gagne ?

Aranel53 a écrit:Un travail est bien un transfert ? Non, pas ici car le système reste le même quand on garde l'ensemble planète-objet.


C'est ça. C'est toujours important de bien définir les systèmes.
D'après le théorème de l'énergie cinétique le travail des forces intérieures d'un système (donc sans transfert) peut amener une variation de l'énergie cinétique de ce même système. Exemple : on peut dire que si l'énergie cinétique d'une voiture augmente, c'est grâce au travail de forces internes (au sein du moteur).
https://fr.wikipedia.org/wiki/Forces_in ... %A9rieures

Voir aussi dans ce document (source) :
energie.pdf

Exemple 5.2 : " le travail de F(T/S) transforme l’énergie du corps d’une forme en une autre".
Exemple 5.5 : "Lorsqu’un corps solide est en chute libre dans le champ de pesanteur de la Terre, le travail du poids du corps transforme de l’énergie potentielle, appelée énergie potentielle de pesanteur, en énergie cinétique."
Vous n’avez pas les permissions nécessaires pour voir les fichiers joints à ce message.
xavier29
 
Messages: 472
Inscription: 18 Mar 2015, 03:05
Académie: Non précisée
Poste: Enseignant en Collège

Re: L'énergie : vocabulaire et schématisation

Messagede Aranel53 » 24 Nov 2019, 11:50

xavier29 a écrit:
Aranel53 a écrit:(...) j'ai du mal à ne pas voir un transfert mécanique dans une chute libre car derrière j'y vois le travail de la force gravitationnelle.


Transfert entre quoi et quoi ? Qui perd de l'énergie, qui en gagne ?

C'est parce que le mot "transfert" auparavant je l'avais défini comme "déplacement d'une même forme d'énergie et/ou passage d'une forme d'énergie à une autre". De même que conversion était "changement de forme d'énergie". Donc je disais que l'énergie potentielle de l'objet était convertie en énergie cinétique de l'objet par transfert mécanique.
C'est pas "faux".

D'ailleurs est-qu'on parle de travail d'une force aux élèves en cycle 4 ? ça rajoute encore un mot, mais ça peut ptet aider à ne pas confondre... :?

L'avantage de cette vieille définition était que cela ne changeait pas de terme pour des choses "identiques" : un travail de force était toujours un transfert, et pas un coup sur trois un transfert ou une transformation suivant le système considéré.

Dans la définition "actuelle" (ça y est ? il y a consensus ou pas pour les lecteurs de ce fil ? exprimez vous ! ;) ) on peut avoir le même phénomène (action de la force gravitationnelle, ou des forces de rappel d'un ressort qui seront comptées soit comme des transferts soit comme des transformations suivant ce qu'on regarde. Je trouve que ça complexifie d'un côté pour clarifier de l'autre. Donc ça me va car je crois qu'une fois les choses intégrées on se sentira légitime pour en causer proprement aux gamins, puis leur en causer aussi "à l'arrache" comme certains bouquins ou sujets de brevet, ou certains énoncés d'histoire géographie ou de technologie... tout en gardant une compréhension correcte ce qui n'était pas le cas à présent.

Bon, dès que les bulletins sont faits, je tente ma banque de situations.

Xavier29 tu dois en avoir moult aussi des situations, on crée un nouveau sujet et on balance tout ça là bas ? Avec la situation, la phrase qui correspond, et le diagramme énergétique. Histoire qu'on n'ait pas à faire le truc à partir de rien à chaque fois qu'on découvre un nouvel exemple.
« Comme le feu de la pierre ne sort, Sans la frapper du fer par violence : Semblablement sans faire grand effort, La Vérité ne sort en évidence. »
Guillaume De La Perrière 1553.
Aranel53
 
Messages: 5842
Inscription: 26 Fév 2010, 15:42
Localisation: Sud de la Drôme
Académie: Grenoble
Poste: Enseignant en Collège/Lycée

Re: L'énergie : vocabulaire et schématisation

Messagede xavier29 » 24 Nov 2019, 22:25

Aranel53 a écrit:D'ailleurs est-qu'on parle de travail d'une force aux élèves en cycle 4 ? ça rajoute encore un mot, mais ça peut ptet aider à ne pas confondre... :?


Je ne le fais pas, en tout cas pas de définition. Ça fait déjà pas mal de vocabulaire dans ce thème. Même s'il est introduit petit à petit depuis la 6e (sources, formes d'énergie), on doit aussi faire avec les approximations et les raccourcis du langage courant. Rajouter "Travail d'une force", c'est too much pour une grande majorité d'élèves je pense. Mais j'ai pu de temps en temps à l'oral parler de "forces qui travaillent".

Aranel53 a écrit:Dans la définition "actuelle" (ça y est ? il y a consensus ou pas pour les lecteurs de ce fil ? exprimez vous ! ;) ) on peut avoir le même phénomène (action de la force gravitationnelle, ou des forces de rappel d'un ressort qui seront comptées soit comme des transferts soit comme des transformations suivant ce qu'on regarde. Je trouve que ça complexifie d'un côté pour clarifier de l'autre. Donc ça me va car je crois qu'une fois les choses intégrées on se sentira légitime pour en causer proprement aux gamins, puis leur en causer aussi "à l'arrache" comme certains bouquins ou sujets de brevet, ou certains énoncés d'histoire géographie ou de technologie... tout en gardant une compréhension correcte ce qui n'était pas le cas à présent.


Ce que je retiens, c'est que bien définir le système permet de beaucoup simplifier les choses. On ne parle pas d'énergie potentielle de la bille, mais d'énergie potentielle de la bille en interaction avec la Terre, ou encore d'énergie potentielle du système bille-Terre. Ce sont des forces internes qui agissent = pas de transfert.
* voir en fin de message.

Plusieurs types de diagrammes d'énergie sont possibles, c'est évident mais ceux où les flèches représentent des transferts d'énergie ne devraient concerner que les cas où l'énergie passe d'un système fermé à un autre. Lorsqu'il s'agit de travail de forces à l'intérieur d'un système (travail du poids par exemple) ou de combustions (Echimique -> Ethermique), il s'agit de transformation d'énergie internes à un système, donc pas de transferts.

Aranel53 a écrit:Bon, dès que les bulletins sont faits, je tente ma banque de situations.
Xavier29 tu dois en avoir moult aussi des situations, on crée un nouveau sujet et on balance tout ça là bas ? Avec la situation, la phrase qui correspond, et le diagramme énergétique. Histoire qu'on n'ait pas à faire le truc à partir de rien à chaque fois qu'on découvre un nouvel exemple.


Bonne idée. Mes situations sont toutes assez simples (un seul convertisseur dans la chaîne), mais à plusieurs on pourra enrichir la banque.

* il y a aussi le distinguo système ouvert / fermé : est-ce nécessaire de considérer les deux cas ? Par exemple, l'énergie chimique stockée dans le réservoir de carburant d'une voiture peut augmenter, non pas par transfert d'énergie, mais simplement par transfert de matière, en faisant le plein quoi.
xavier29
 
Messages: 472
Inscription: 18 Mar 2015, 03:05
Académie: Non précisée
Poste: Enseignant en Collège

PrécédenteSuivante

Retourner vers Les cours de Sciences Physiques : Enseigner quoi ? Comment ? Pourquoi ?

Qui est en ligne

Utilisateurs parcourant ce forum: Aucun utilisateur enregistré et 1 invité