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 » 23 Jan 2019, 19:58

Nouveaux programmes de lycée, la sémantique évolue apparemment.
Page 500 :
"1. Aspects énergétiques des phénomènes électriques
En évitant soigneusement toute confusion entre les concepts d’électricité et d’énergie, l'enjeu est d'analyser quelques situations typiques à l'aide de concepts énergétiques préalablement construits, notamment au collège."

;)
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diagramme énergétique d'une central

Messagede Aranel53 » 30 Mai 2019, 15:10

Bon, ça se plaide tout ça et je crois que ta position permet d'être plutôt clair...

Mais dans le fond ça me gêne pas mal quand même d'introduire aux élèves une différence entre "transformation" et "conversion" car le mot conversion est défini à peu près universellement (me trompe-je ?) par le passage d'une forme d'énergie à une autre, sans forcément passer par un convertisseur. Du coup restreindre ce sens nécessite d'être tous vraiment carrés dans ce dont on parle et on en est encore loin. C'est le but de ces discussions d'ailleurs...

---
(à ce propos je vais faire un bilan des derniers échanges là-dessus et les rajouter à la suite du sujet principal sur l'énergie, qui est une référence pour tout le monde.
D'ailleurs, Xavier29 il me semble que tu avais partagé ce qui te permet de tracer les diagrammes que tu présentes en exemples et après avoir parcouru les sujets, je ne retrouve pas ça... je pense que le remettre dans le premier post ici serait pertinent :
L'énergie : vocabulaire et schématisation )
---

Je vais essayer de préciser ce qui me gène : dans la tête d'un élève de collège le raisonnement se fait souvent "localement" et de façon assez "intuitive". Du coup on peut aborder les conversions euh... transformations d'énergie sans avoir de vision encore claire de la matière ou du déroulé des choses. Par exemple, quand je parle de conversion euh... transformation d'énergie en 6e, je dis que quand on brûle du bois, la matière devient chaude donc on peut parler à présent d'énergie thermique, mais que comme l'énergie se conserve, la quantité totale est encore présente donc qu'on a perdu une autre forme d'énergie. Après une bref analyse des formes d'énergie possibles, on arrive à ce que la matière a perdu de l'énergie chimique... Du coup dire que l'énergie chimique stockée dans le bois se convertit en énergie thermique serait à remplacer par "se transforme" ? Et il ne serait pas pertinent alors de faire un diagramme car on reste à l'intérieur d'un même système sans transfert alors, c'est bien ça ?
Et donc dans ce cas comme dans celui du skateur qui monte et qui descend, pas de conversion ? Juste une transformation, donc pas de possibilité de faire un diagramme énergétique ?
Pour moi on peut bien mettre deux rectangles et mettre une flèche entre les deux... Non, car la flèche est réservée aux transferts ?

Et donc pour toi, le convertisseur, et donc la notion de conversion d'énergie est une vision technologique globale qui se construit avec en tête ce que l'on veut à partir de ce que l'on a, ce n'est pas une conception physique ? Car du coup, entre les molécules d'eau et les atomes de fer de la turbine, il n'y a pas de convertisseur, entre les électrons et le champs magnétique variable il n'y a pas de "convertisseur" non plus. Donc on a des transferts et des transformations d'énergie, et quand on dézoome le réel on appelle "convertisseur" le dispositif technologique qui rassemble les étapes (passées sous silence) qui permettent de faire le lien entre les formes d'énergie initiales et finales ?
« 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. »
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Re: diagramme énergétique d'une centrale hydroélectrique

Messagede xavier29 » 30 Mai 2019, 18:13

Aranel53 a écrit:Du coup dire que l'énergie chimique stockée dans le bois se convertit en énergie thermique serait à remplacer par "se transforme" ? Et il ne serait pas pertinent alors de faire un diagramme car on reste à l'intérieur d'un même système sans transfert alors, c'est bien ça ?
Et donc dans ce cas comme dans celui du skateur qui monte et qui descend, pas de conversion ? Juste une transformation, donc pas de possibilité de faire un diagramme énergétique ?
Pour moi on peut bien mettre deux rectangles et mettre une flèche entre les deux... Non, car la flèche est réservée aux transferts ?


Voilà c'est ça. On peut faire tous les diagrammes qu'on veut (voir ci-dessous*), mais ne pas mélanger leurs finalités et le sens des symboles utilisés (rectangles, flèches, etc) permet de gagner en clarté (garder à l'esprit qu'on ne peut pas tout mettre sur un diagramme).

Les flèches sont utilisées dans plein de diagrammes différents, elles peuvent signifier :
- une transformation "ceci devient celà" (bilan et équations de réaction en chimie),
- une interaction "ceci agit sur cela" (diagrammes d'interaction en mécanique),
- un transfert "ceci apporte à cela" (diagrammes énergétiques),
- un lien logique "ceci implique cela", etc.

On peut très bien imaginer faire d'autres types de diagrammes en lien avec l'énergie, par exemple qui présente juste les différentes formes d'énergie sans se préoccuper des transferts entre systèmes, les flèches ne signifient plus "transfert", mais "devient", exemple :
conversion et transformations_energie_moteur_thermique.png


Le problème pour moi c'est quand on mélange les concepts et que les flèches dans le même diagramme représentent tantôt un transfert d'énergie, tantôt une transformation, tantôt ... je ne sais quoi, par exemple : que représente cette flèche nommée "énergie chimique" ?
energie_chimique_mini.png


Au cycle 4 les diagrammes énergétiques ont pour moi plusieurs objectifs : représenter les flux d'énergie et les stocks (les transferts et les sources), les conversions, ce qui permet d'illustrer la conservation de l"énergie, les pertes, etc. Plus tard ce sera les rendements.

Diagramme_base.png


Diagramme_freins_regeneratifs.png


Aranel53 a écrit:Et donc pour toi, le convertisseur, et donc la notion de conversion d'énergie est une vision technologique globale qui se construit avec en tête ce que l'on veut à partir de ce que l'on a, ce n'est pas une conception physique ? Car du coup, entre les molécules d'eau et les atomes de fer de la turbine, il n'y a pas de convertisseur, entre les électrons et le champs magnétique variable il n'y a pas de "convertisseur" non plus. Donc on a des transferts et des transformations d'énergie, et quand on dézoome le réel on appelle "convertisseur" le dispositif technologique qui rassemble les étapes (passées sous silence) qui permettent de faire le lien entre les formes d'énergie initiales et finales ?


Pas sûr d'avoir bien compris, j'espère que j'y réponds ci-dessus :mrgreen: . Après tout : qu'on utilise le mot "conversion" comme mot générique pour désigner tout changement de forme d'énergie (même sans convertisseur) ou de mode de transfert, pourquoi pas, si c'est plus simple :) .
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Re: L'énergie : vocabulaire et schématisation

Messagede Aranel53 » 03 Nov 2019, 16:07

Je remonte ce sujet, car il est fort précieux à mon avis !

Xavier29, je pense qu'on peut y déplacer les derniers messages de cet autre sujet qui ont dérivé du sujet sur la centrale hydroélectrique en quelque chose de plus général qui a à mon avis davantage sa place ici :
viewtopic.php?f=121&t=12943&p=59969#p60030
Non ?
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Re: L'énergie : vocabulaire et schématisation

Messagede xavier29 » 03 Nov 2019, 19:05

Aranel53 a écrit:Non ?


Yep, bonne idée.
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Re: L'énergie : vocabulaire et schématisation

Messagede Aranel53 » 03 Nov 2019, 19:41

Je vais essayer de faire une banque de situations, clarifiées avec un vocabulaire clair, et les diagrammes énergétiques qu'on peut on faire d'une part, et les "schémas de conversion" qu'on peut en faire d'autre part car les deux approches sont intéressantes.

J'ai pour ma part mis longtemps à considérer pertinente la distinction entre "transformation au sein d'un système' et "conversion dans un convertisseur".
J'avoue que la notion de convertisseur nécessaire à la conversion d'énergie me gêne un peu car je trouve la notion purement technologie sans réel sens physique. Mais si ça permet de clarifier les choses, moi ça me va.

Par contre vue l'heure et les copies qu'il me reste à corriger, je crains que ce ne soit pas pour tout de suite.

J'avais donné ça à mes élèves de 3e comme travail sur les formes d'énergies et leur conversion, ils devaient donner les formes d'énergie de départ et d'arrivée, mais c'est à améliorer et il y a transformations et conversions mélangées du coup...

Un cycliste commence à pédaler et son vélo est en train de gagner de la vitesse.
…………………………………………………………………………………………………………
Une bûche est en train de brûler dans une cheminée.
…………………………………………………………………………………………………………
Un ballon lancé vers le haut est en train de monter en l’air.
…………………………………………………………………………………………………………
Un automobiliste est en train de freiner pour ralentir sa voiture.
…………………………………………………………………………………………………………
Un objet lancé dans la fenêtre l’a brisée en morceaux.
…………………………………………………………………………………………………………
Le soleil est en train de réchauffer l’eau de la piscine.
…………………………………………………………………………………………………………
Un ballon roulant sur le sol est en train de ralentir et va bientôt s’arrêter.
…………………………………………………………………………………………………………
J’ai versé du lait chaud dans mon bol et le bol devient chaud petit à petit.
…………………………………………………………………………………………………………
En jouant à la pétanque, mon cousin a fait "un carreau". Sa boule envoyée très vite s’est arrêtée net à la place de la mienne, qui a été poussée ailleurs.
…………………………………………………………………………………………………………
Suite à ma sieste au soleil, j’ai remarqué que ma peau a bronzé.
…………………………………………………………………………………………………………
Un jet de vapeur d'eau sort très rapidement de la soupape de la cocotte minute qui est sur la cuisinière
…………………………………………………………………………………………………………
Un archer a tendu son arc, il vise et décoche soudain sa flèche.
…………………………………………………………………………………………………………
Un promeneur se frotte rapidement les mains pour les réchauffer.
…………………………………………………………………………………………………………
Un petit panneau photovoltaïque me permet de recharger la batterie de mon téléphone portable pendant ma sieste.
…………………………………………………………………………………………………………
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Re: L'énergie : vocabulaire et schématisation

Messagede Aranel53 » 12 Nov 2019, 11:10

Je suis en train de refaire ma fiche pour les 3e (et les autres d'ailleurs...)

Est-ce que c'est clair ? Certaines tournures vous posent-elle problème dans les définitions ? J'ai du mal être content de mes phrases. Il faut rester simple en restant clair ! Pas facile !

-------------
Les différentes formes d’énergie : (on peut les stocker dans un réservoir d’énergie)

- L’énergie cinétique (liée au mouvement d’un objet)
- L’énergie chimique (liée aux possibilités de modification de la matière )
- L’énergie thermique (liée à la température d’un objet )
- L’énergie potentielle élastique (liée à la déformation d’un objet élastique)
- L’énergie potentielle de pesanteur (liée à l’altitude des objets)
- L’énergie nucléaire (liée aux noyaux à l’intérieur des atomes)

Transformation d’énergie, conversion d’énergie ou bien transfert d’énergie ?

Un transfert d’énergie se produit quand de l’énergie associée à un objet se retrouve à un autre endroit. Elle est donc comptée à la fin pour un autre objet (d’un réservoir d’énergie à un autre réservoir d’énergie).

Une transformation d’énergie se produit quand il y a un changement de forme d’énergie à l’intérieur d’un même système (on parle des mêmes objets, du même réservoir au début et à la fin de la transformation).
Il n’y a donc pas d’objet ou d’appareil que l’on peut définir comme convertisseur (voir ci-dessous).

Une conversion d’énergie est définie dans un système technologique. Elle a lieu quand on cherche à réaliser un transfert et une transformation de l’énergie de départ pour obtenir de l’énergie à un autre endroit sous une forme différente. Il y a alors un appareil ou un système appelé convertisseur. Le convertisseur ne peut pas stocker de l’énergie, il se trouve donc entre deux réservoirs.

Les différents transferts d’énergie :

- Le transfert thermique (pour les transferts mettant en jeu l’énergie thermique à un endroit qui reste de l’énergie thermique mais à un autre endroit)
- Le transfert par rayonnement (parfois appelée énergie lumineuse dans les livres, c’est un transfert car on ne peut pas stocker la lumière. Elle est parfois classée dans le transfert thermique car c’est souvent un objet chaud qui émet du rayonnement et ce rayonnement va chauffer la matière, mais ce n’est pas toujours le cas)
- Le transfert électrique (parfois appelée énergie électrique, il permet le transfert entre le générateur et les dipôles, grâce à la circulation du courant dans la boucle du circuit)
- Le transfert mécanique (pour les transferts et conversions mettant en jeu des forces, donc de l’énergie cinétique au départ ou à l’arrivée)

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Re: L'énergie : vocabulaire et schématisation

Messagede xavier29 » 12 Nov 2019, 15:19

Pour moi pas grand chose à redire, à part les diagrammes tout y est :) .

Petits points qui ont attiré mon attention :
- tu ne parles pas de "sources" mais plutôt de "réservoirs", je comprends l'intérêt : nommer "source" un système qui reçoit de l'énergie est contre intuitif. Mais je pense qu'il faut quand même placer ce terme "source d'énergie". Comment faire ? Jongler avec les deux à l'oral jusqu'à ce qu'ils intègrent que les sources sont des réservoirs et les réservoirs sont des sources ?
- pour les transferts : après avoir vu (ou revu) que l'énergie était stockée dans des sources, sous différentes formes (et donné définition + unités), j'utilise la phrase suivante , toute simple, "L’énergie peut être transférée d’un réservoir à un autre." puis j'introduis les diagrammes (une image valant mille mots) et ensuite les différents modes de transfert.
- pour les conversions c'est aussi surtout les diagrammes qui permettent à mes élèves de saisir cette notion. Je dis "Un convertisseur d’énergie assure la conversion d’une forme d’énergie en une ou plusieurs autres. Ils n’ont pas pour fonction de stocker l’énergie. Dans les diagrammes énergétiques les convertisseurs sont représentés par un ovale. A chaque convertisseur, il y a possibilité de « pertes » d’énergie, cette énergie est dite perdue car elle est sous une forme difficilement exploitable."
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Re: L'énergie : vocabulaire et schématisation

Messagede Aranel53 » 12 Nov 2019, 20:24

xavier29 a écrit:Pour moi pas grand chose à redire, à part les diagrammes tout y est :) .

Oui je n'ai pas fini, j'ai dû aller en cours ! :mrgreen:

Je vais distinguer deux types de représentations je pense, les "vrais" diagrammes énergétiques uniquement liés aux centrales etc. donc avec forcément un convertisseur dedans. Et pour le reste, faire comme tu as montré avec les hexagones par exemple, qui correspond davantage au travail de réflexion que je souhaite leur faire faire sur le raisonnement énergétique successif.

xavier29 a écrit: tu ne parles pas de "sources" mais plutôt de "réservoirs"

Oui je garde le terme de "source d'énergie" pour la définition "générale" que je leur donne : "Une source d’énergie est l’endroit ou le phénomène à partir duquel on prélève une forme d’énergie pour la transférer ou convertir en une autre". Je garde "source" pour l'idée d'origine avant l'intervention humaine, donc de "réservoir d'énergie naturel" même si c'est sans doute discutable.
Et en effet les sources d'énergie sont des réservoirs, donc la définition est poreuse.

Voici le début des exemples sous forme d'exercice (6e-5e je pense) :
--------------
Exercice 1 : Écrire le nom de la forme d’énergie principale qui est en jeu dans les cas suivants :

Une voiture roule à 110 km/h sur l’autoroute
……………………………………………………
Dans les cylindres du moteur de cette voiture, la température dépasse 1500°C.
……………………………………………………
Le réservoir de cette voiture contient encore 34 litres d’essence.
……………………………………………………
Le conducteur regarde l’eau qui coule dans une rivière.
……………………………………………………
Il regarde ensuite avec inquiétude les rochers en haut de la falaise.
……………………………………………………
Lors d’une pause, les passagers de la voiture font un bon repas.
……………………………………………………
Sa ceinture est bien attachée mais quand le conducteur la détachera, celle-ci sera enroulée par un ressort.
……………………………………………………
La ventilation envoie un courant d’air vers les passagers.
……………………………………………………
La voiture a monté un flanc de montagne et s’est arrêtée tout en haut
.……………………………………………………
En revenant dans la voiture restée au soleil, les passagers trouvent qu’il fait trop chaud dans l’habitacle.
……………………………………………………
En passant sur un ralentisseur, les amortisseurs de la voiture se sont comprimés.
……………………………………………………
Le moteur est éteint. Mais on pourra le redémarrer grâce à la batterie.
……………………………………………………

Exercice 2 : Décrire les transformations d’énergie qui sont en jeu dans les situations suivantes.
Bien préciser la forme d’énergie de départ et la forme d’énergie d’arrivée.

Exemple : « Un rocher se décroche de la falaise et commence à dégringoler. ».
L’énergie potentielle de pesanteur du rocher se transforme en énergie cinétique du rocher.

Une bûche brûle dans une cheminée.
………………………………………………………………………………………………..
En jouant avec un stylo, on libère un ressort qui jaillit sur la table.
………………………………………………………………………………………………..
Un ballon qui a été lancé vers le haut est en train de monter en l’air.
………………………………………………………………………………………………..
De l’eau se refroidit en s’évaporant.
………………………………………………………………………………………………..
Un ballon de foot lancé très haut est en train de redescendre en accélérant.
………………………………………………………………………………………………..
Après l’avoir reculée, on lâche une petite voiture à friction qui se met à avancer.
………………………………………………………………………………………………..
Mélanger ces deux liquides a beaucoup fait chauffer le mélange !
………………………………………………………………………………………………..
En ouvrant la soupape de la cocotte minute contenant de l’eau bouillante, un jet de vapeur sort très rapidement.
………………………………………………………………………………………………

Si vous avez d'autres exemples, je suis preneur !
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Re: L'énergie : vocabulaire et schématisation

Messagede Aranel53 » 22 Nov 2019, 14:27

Bon, j'ai des soucis pour clarifier les choses en gardant le vocabulaire strict et clair. :(

On est obligé de bien définir "l'échelle de zoom" de notre convertisseur pour parler correctement des transferts de part et d'autre. Sinon on va continuer à perdre les élèves... (ce qui est déjà largement le cas je suis d'accord, mais j'aimerais tendre vers une vision "propre", même si c'est pas sûr que ce soit possible :? ).

Par exemple : si on parle d'un barrage hydroélectrique, la forme d'énergie stockée est bien de l'énergie potentielle de pesanteur de l'eau. Si on utilise l'eau en altitude en tant que source (ou réservoir d'énergie) on doit mettre comme convertisseur le barrage hydroélectrique entier :

barrage.png


On ne peut alors plus parler de "turbine" en tant que convertisseur ici puisque la turbine reçoit un transfert mécanique de l'eau en mouvement, et non pas de l'eau en altitude.
Avec "turbine" comme convertisseur, on doit avoir comme forme d'énergie, "énergie cinétique" de l'eau de la conduite forcée, et comme sortie un transfert mécanique vers l'alternateur, lui même ayant "transfert électrique" en sortie. Je ne parle volontairement pas de la forme d'énergie d'arrivée car il faudrait en mettre plusieurs et c'est pénible (pour éviter de mettre "réseau électrique" ou autre approximation du genre...

turbine.png


Mon problème pédagogique est que le convertisseur "turbine", reçoit et donne "presque la même chose", un "transfert mécanique" (on a de l'énergie cinétique de l'eau qui est transférée à de l'énergie cinétique de l'arbre de sortie de la turbine) et que dans la tête d'un élève, comment justifier que ce soit un "convertisseur" puisqu'il ne "convertit" pas l'énergie, ce serait davantage un "transfereur" mais ça n'existe pas.
Bon je me rends compte que c'est le fait qu'on associe "convertir" à "changer de forme d'énergie" qui pose problème. Mais c'est le vocabulaire utilisé largement partout, donc comment justifier de ne pas l'utiliser dans ce sens là ici... ?

Et si on applique la notion technologique de convertisseur "qui n'a pas vocation à stocker de l'énergie" à la conduite forcée, elle devient un convertisseur d'énergie potentielle de l'eau en énergie cinétique puisque l'eau n'a pas "vocation" à rester en mouvement (ce qui est impossible d'ailleurs pour de l'eau), sauf que c'est une transformation car on parle du même système. Donc quoi ? On peut envisager les trois schémas suivant mais est-ce que le premier vous parait vraiment incorrect ?
conduite01.png

conduite02.png

conduite03.png
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