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Physique-Chimie (2nde) · Classe de 2ⁿᵈᵉ

Bilan énergétique d'un système

Conversions et transferts d'énergie : formes d'énergie, conservation et rendement (programme de 2nde, lycée général)

À propos de cette page
Cette évaluation sur « Bilan énergétique d'un système » en seconde permet de faire le point sur ses connaissances en physique-chimie (2nde), comme lors d'un véritable contrôle. Elle suit le programme officiel de seconde et propose plusieurs exercices notés sur 20, avec un corrigé détaillé. Au programme : Notion de système et d'énergie, Les formes d'énergie, Transferts d'énergie : travail et transfert thermique, Conservation de l'énergie. Travaille seul, chronomètre-toi, puis compare tes réponses au corrigé pour identifier les points à revoir. Parfait pour mesurer ses progrès et réviser efficacement. Évaluation gratuite conçue par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de seconde en physique-chimie (2nde).
Évaluation finale · Niveau difficile · Durée 55 min · Noté sur 20
55:00

Évaluation complète de fin de chapitre, tout en niveau difficile. Travaille seul et sans aide, puis vérifie tes réponses avec le corrigé détaillé dépliable en bas de page.

Exercice 1 — Formes et conversions d'énergie

/ 4 pts
  1. Cite quatre formes d'énergie différentes et donne un exemple concret pour chacune. (2 pts)
  2. Lors du fonctionnement d'une lampe à incandescence, l'énergie électrique reçue est convertie en deux autres formes d'énergie. Lesquelles ? Laquelle est la forme utile ? (1 pt)
  3. Un haut-parleur reçoit de l'énergie électrique et émet du son. Quel autre type de transfert se produit également ? Justifie. (1 pt)

Exercice 2 — Calculs d'énergie cinétique et potentielle

/ 5 pts
  1. Une moto de masse $m = 250\text{ kg}$ (pilote inclus) roule à $v = 20\text{ m/s}$. Calcule son énergie cinétique $E_c$ en joules. (1,5 pt)
  2. La moto s'élève sur un pont à une hauteur $h = 8\text{ m}$ par rapport au sol (toujours à la même vitesse). Calcule son énergie potentielle de pesanteur $E_{pp}$ ($g = 9{,}8\text{ N/kg}$). (1,5 pt)
  3. Calcule l'énergie mécanique totale $E_m = E_c + E_{pp}$ en kJ. (1 pt)
  4. La moto redescend à plat (h = 0). En supposant pas de frottements, quelle est sa nouvelle vitesse ? (1 pt)

Exercice 3 — Rendement d'un moteur électrique

/ 5 pts
  1. Un moteur électrique de trottinette consomme une puissance $P_{\text{élec}} = 350\text{ W}$ et fournit une puissance mécanique $P_{\text{méc}} = 280\text{ W}$. Calcule son rendement $\eta$ et exprime-le en pourcentage. (2 pts)
  2. Identifie la forme d'énergie dissipée sous forme de perte et calcule la puissance perdue. (1 pt)
  3. Pour un trajet de 20 minutes (à puissance constante), calcule l'énergie électrique consommée en joules, puis en kWh. (2 pts)

Exercice 4 — Bilan énergétique d'un panneau solaire thermique

/ 4 pts
  1. Un panneau solaire thermique reçoit $E_{\text{solaire}} = 6\text{ kWh}$ de rayonnement en une journée. Il chauffe l'eau avec un rendement $\eta = 65\%$. Calcule l'énergie thermique transmise à l'eau. (1,5 pt)
  2. Calcule les pertes énergétiques du panneau en kWh et identifie leurs formes possibles. (1,5 pt)
  3. Écris l'équation du bilan énergétique de ce panneau. (1 pt)

Exercice 5 — Problème de synthèse : chute et énergie

/ 2 pts
  1. Un parachutiste de masse $m = 80\text{ kg}$ saute d'un avion à $h = 1000\text{ m}$. À l'ouverture du parachute à $h = 800\text{ m}$, sa vitesse est $v = 50\text{ m/s}$ ($g = 10\text{ N/kg}$). En prenant le sol comme référence ($h = 0$) : calcule la variation d'énergie potentielle $\Delta E_{pp}$ entre le saut et l'ouverture du parachute, puis calcule l'énergie cinétique à $h = 800\text{ m}$. Montre que l'énergie mécanique ne s'est pas conservée et explique pourquoi. (2 pts)
✓Corrigé détaillé

Exercice 1 — Formes et conversions d'énergie
Corrigé :
1. Quatre formes d'énergie au choix, par exemple :

  • Énergie cinétique — ex : voiture en mouvement
  • Énergie potentielle de pesanteur — ex : eau en barrage
  • Énergie chimique — ex : pile électrique
  • Énergie rayonnante — ex : lumière du Soleil
  • Énergie thermique/interne — ex : eau chaude
2. Une lampe à incandescence convertit l'énergie électrique en énergie lumineuse (forme utile, ~5%) et en énergie thermique (chaleur, ~95%).
3. Le haut-parleur dissipe aussi de l'énergie thermique (chaleur) par échauffement de la bobine, même si ce n'est pas souhaité. La résistance du conducteur crée des pertes thermiques.

Exercice 2 — Calculs d'énergie cinétique et potentielle
Corrigé :
1. $E_c = \frac{1}{2} \times 250 \times 20^2 = \frac{1}{2} \times 250 \times 400 = 50\,000\text{ J} = 50\text{ kJ}$.
2. $E_{pp} = 250 \times 9{,}8 \times 8 = 19\,600\text{ J} \approx 19{,}6\text{ kJ}$.
3. $E_m = 50\,000 + 19\,600 = 69\,600\text{ J} \approx 69{,}6\text{ kJ}$.
4. Sans frottements, $E_m$ se conserve. À $h = 0$ : $E_c = E_m = 69\,600\text{ J}$ et $E_{pp} = 0$.
$\frac{1}{2} \times 250 \times v^2 = 69\,600 \Rightarrow v^2 = \frac{2 \times 69\,600}{250} = 556{,}8 \Rightarrow v = \sqrt{556{,}8} \approx 23{,}6\text{ m/s}$.
La moto accélère en descendant du pont.

Exercice 3 — Rendement d'un moteur électrique
Corrigé :
1. $\eta = \frac{P_{\text{méc}}}{P_{\text{élec}}} = \frac{280}{350} = 0{,}80 = 80\%$.
2. La perte est sous forme de chaleur (énergie thermique). $P_{\text{pertes}} = 350 - 280 = 70\text{ W}$.
3. Durée : $t = 20\text{ min} = 20 \times 60 = 1200\text{ s}$.
$E_{\text{élec}} = P_{\text{élec}} \times t = 350 \times 1200 = 420\,000\text{ J} = 4{,}2 \times 10^5\text{ J}$.
En kWh : $E = 350\text{ W} \times \frac{20}{60}\text{ h} = 350 \times \frac{1}{3} \approx 116{,}7\text{ Wh} \approx 0{,}117\text{ kWh}$.

Exercice 4 — Bilan énergétique d'un panneau solaire thermique
Corrigé :
1. $E_{\text{utile}} = \eta \times E_{\text{solaire}} = 0{,}65 \times 6 = 3{,}9\text{ kWh}$.
2. $E_{\text{pertes}} = 6 - 3{,}9 = 2{,}1\text{ kWh}$. Ces pertes sont sous forme de rayonnement réfléchi (lumière non absorbée), de chaleur dissipée vers l'environnement par convection et conduction.
3. Bilan : $E_{\text{solaire}} = E_{\text{utile}} + E_{\text{pertes}}$, soit $6\text{ kWh} = 3{,}9\text{ kWh} + 2{,}1\text{ kWh}$. ✓

Exercice 5 — Problème de synthèse : chute et énergie
Corrigé :
$E_{pp,i} = mgh_i = 80 \times 10 \times 1000 = 800\,000\text{ J}$.
$E_{pp,f} = mgh_f = 80 \times 10 \times 800 = 640\,000\text{ J}$.
$\Delta E_{pp} = E_{pp,f} - E_{pp,i} = 640\,000 - 800\,000 = -160\,000\text{ J}$ (diminution).
$E_{c} = \frac{1}{2} \times 80 \times 50^2 = \frac{1}{2} \times 80 \times 2500 = 100\,000\text{ J}$.
Énergie mécanique initiale : $E_{m,i} = E_{pp,i} + 0 = 800\,000\text{ J}$ (vitesse initiale ≈ 0).
Énergie mécanique finale : $E_{m,f} = 640\,000 + 100\,000 = 740\,000\text{ J}$.
$\Delta E_m = 740\,000 - 800\,000 = -60\,000\text{ J} \neq 0$.
L'énergie mécanique ne se conserve pas à cause des frottements de l'air (résistance aérodynamique) qui dissipent 60 000 J en énergie thermique.

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