Énergie : Définition, Formes et Conservation

Qu'est-ce qu'un Système et l'Énergie ?

Un système est un ensemble organisé d'éléments en interaction. Il est capable d'utiliser une source d'énergie et possède des propriétés globales. Un système matériel est une partie de l'univers que nous isolons pour l'étudier.

Les dimensions des systèmes varient de l'échelle globale de l'univers (astronomique, 10²¹) aux particules submicroscopiques (10^-14), en passant par le macroscopique (10⁰) et le microscopique (10^-4).

1.1. Systèmes Matériels et Énergie

L'énergie est la capacité des systèmes matériels à produire des interactions entre leurs éléments, provoquant des changements.

Ces changements incluent :

• Changements physiques :
  • Position (déplacement d'objets).
  • Forme (modification de la forme par une force).
  • État (changements d'état de la matière : solide, liquide, gazeux).
• Changements chimiques : Transformation de substances (réactifs) en d'autres (produits) par des réactions chimiques (ex : oxydation du fer).
• Changements géologiques : Processus lents (formation et érosion des montagnes) ou rapides (éruptions volcaniques, changements climatiques).
• Changements biologiques : Processus liés à la vie des organismes (croissance, développement embryonnaire, évolution).

2. Formes de Manifestation de l'Énergie

L'énergie se manifeste sous de nombreuses formes, nommées différemment selon les actions et les changements qu'elle provoque. Toutes ces formes sont des manifestations de l'énergie cinétique ou potentielle (qui constituent ensemble l'énergie mécanique). L'unité de mesure de l'énergie est le joule (J).

• Énergie interne : Associée à l'agitation des particules et à la température.
• Électricité : Associée au courant électrique (mouvement des électrons dans un circuit).
• Énergie thermique : Transfert d'énergie d'un objet chaud vers un objet froid (chaleur).
• Énergie chimique : Stockée dans les substances chimiques, libérée lors de réactions (ex : oxydation).
• Énergie électromagnétique : Associée aux ondes électromagnétiques (lumière, rayonnement infrarouge, etc.).
• Énergie nucléaire : Associée aux transformations du noyau des atomes (fission, fusion).

1.2. Énergie : La Capacité d'Action

L'énergie, dans un sens physique, est la capacité à exercer une force et à produire une action ou un changement. Lorsque l'énergie est dépensée ou transférée, un travail est effectué.

L'énergie est la capacité des systèmes à effectuer un travail, c'est-à-dire à exercer une force sur un objet et à le déplacer.

Les dimensions des objets s'étendent du submicroscopique à l'astronomique, en passant par le macroscopique et le microscopique.

2.1. Énergie Cinétique

L'énergie cinétique est l'énergie d'un corps en mouvement. Elle dépend de la masse et de la vitesse de l'objet.

2.2. Énergie Potentielle

L'énergie potentielle est une énergie stockée, prête à être utilisée. Elle est associée à la masse et à la position d'un corps (hauteur, compression, etc.).

3. Transformation et Conservation de l'Énergie

L'énergie nécessaire à une action ne se crée pas à partir de rien, mais provient d'une autre forme d'énergie qui subit une transformation.

3.1. Principe de Conservation de l'Énergie

Selon le principe de conservation de l'énergie, lors d'une transformation, la quantité totale d'énergie reste constante. L'énergie ne peut être ni créée ni détruite, seulement transformée.

Cependant, bien que la quantité d'énergie soit conservée, sa qualité peut diminuer. L'énergie se dégrade, devenant moins utilisable pour effectuer un travail. Les machines, par exemple, convertissent une partie de l'énergie reçue en chaleur et en bruit, qui sont des formes d'énergie moins utiles.

3.2. Transfert et Propagation de l'Énergie

L'énergie peut être transférée d'un corps à un autre sous forme de chaleur (par conduction, convection ou rayonnement, comme les micro-ondes) ou de travail (application d'une force entraînant un déplacement).