🔗 La chaîne énergétique et le rendement
Une tonne de charbon pour allumer une ampoule… et à l'arrivée, moins de 2 % de l'énergie sert à éclairer ! Suis les grains d'énergie de la mine à la lampe, du croissant au vélo ou de la prise à la voiture électrique : à chaque convertisseur, quelques grains filent en douce vers l'environnement. Ton job : trouver le maillon faible.
🧪 Mode d'emploi : règle les curseurs (à droite, ou sous l'animation sur téléphone), lance avec ▶, observe les mesures et relève les 🎯 défis. Le bouton ⛶ agrandit l'animation, idéal sur téléphone à l'horizontale.
Ce que tu vois
- La largeur de chaque bande est proportionnelle à l'énergie qui circule : elle rétrécit à chaque convertisseur, parce qu'une partie de l'énergie part vers l'environnement (bandes rouges).
- Dans un convertisseur, les grains changent de couleur : l'énergie change de forme (chimique, travail mécanique Wm, travail électrique We, rayonnement R). Les pertes sont surtout des transferts thermiques Q.
- Rien ne se perd vraiment : l'énergie utile plus toutes les pertes redonnent exactement l'énergie reçue. C'est la conservation de l'énergie.
- Le rendement global est le produit des rendements : trois maillons à 90 % ne donnent que 72,9 %. Une chaîne est toujours moins efficace que son plus mauvais maillon.
- Les rendements proposés sont des valeurs typiques arrondies ; tu peux tous les modifier, ou construire ta propre chaîne avec « ✏️ Ma chaîne ».
Expériences à faire
- Centrale au charbon → lampe : quel convertisseur faut-il améliorer en premier pour gagner le plus ?
- Compare la voiture à essence et la voiture électrique : laquelle transforme le mieux l'énergie reçue en mouvement ?
- Dans « ✏️ Ma chaîne », mets cinq convertisseurs à 80 % : le rendement global dépasse-t-il 50 % ?
- Le cycliste mange un croissant de 0,326 kWh : quelle énergie arrive vraiment dans le mouvement du vélo ?
- Échange l'ordre des convertisseurs dans ta tête : le rendement global change-t-il ? Pourquoi ?
La physique derrière l'animation
- Une chaîne énergétique représente les réservoirs d'énergie, les convertisseurs et les transferts d'énergie : travail électrique We, travail mécanique Wm, transfert thermique Q, rayonnement.
- Bilan d'un convertisseur (conservation de l'énergie) : Ereçue = Eutile + Eperdue. En puissance : Preçue = Putile + Pperdue.
- Rendement : η = Eutile / Ereçue = Putile / Preçue, sans unité, toujours compris entre 0 et 1 (entre 0 et 100 %).
- Chaîne de convertisseurs en série : la sortie utile de l'un est l'entrée du suivant, donc η = η1 × η2 × … × ηn et Eutile = η × Ereçue.
- Unités : 1 kWh = 3,6 × 106 J. Exemples : 1 L d'essence ≈ 9 kWh ; 1 000 m³ d'eau qui tombent de 100 m : m g h ≈ 9,8 × 108 J ≈ 272 kWh.
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