Lycée · 2ⁿᵈᵉ · Physique-Chimie (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
Choisis ton niveau. Questions et réponses mélangées à chaque partie. Bonne chance !
Les 36 questions du QCM en version texte
Pour réviser sans écran ou imprimer : chaque question avec ses propositions ; la bonne réponse et son explication se déplient.
Niveau facile — 12 questions
Quelle est l'unité SI de l'énergie ?
- A. Newton (N)
- B. Joule (J)
- C. Watt (W)
- D. Kilogramme (kg)
Réponse
B. Joule (J) — L'énergie se mesure en joules (J). Le newton est l'unité de force, le watt de puissance.
Quelle forme d'énergie est associée au mouvement d'un objet ?
- A. Énergie potentielle
- B. Énergie chimique
- C. Énergie cinétique
- D. Énergie rayonnante
Réponse
C. Énergie cinétique — L'énergie cinétique est l'énergie de mouvement : $E_c = \frac{1}{2}mv^2$.
Que vaut 1 kWh en joules ?
- A. $1{,}6 \times 10^{-19}\text{ J}$
- B. $4{,}18\text{ J}$
- C. $3{,}6 \times 10^6\text{ J}$
- D. $10^3\text{ J}$
Réponse
C. $3{,}6 \times 10^6\text{ J}$ — $1\text{ kWh} = 3{,}6 \times 10^6\text{ J}$.
L'énergie stockée dans les liaisons chimiques (batteries, carburant) s'appelle :
- A. Énergie cinétique
- B. Énergie interne
- C. Énergie chimique
- D. Énergie élastique
Réponse
C. Énergie chimique — Les batteries et combustibles stockent de l'énergie chimique dans leurs liaisons moléculaires.
Quel objet possède de l'énergie potentielle de pesanteur ?
- A. Une balle qui roule
- B. Un livre posé en hauteur
- C. Un ressort comprimé
- D. Une résistance chauffante
Réponse
B. Un livre posé en hauteur — L'énergie potentielle de pesanteur est liée à la hauteur : $E_{pp} = mgh$.
Le Soleil transfère de l'énergie à la Terre par :
- A. Conduction thermique
- B. Convection
- C. Rayonnement électromagnétique
- D. Travail mécanique
Réponse
C. Rayonnement électromagnétique — Le Soleil transmet son énergie sous forme d'ondes électromagnétiques (rayonnement).
Le rendement d'un système est :
- A. Toujours supérieur à 1
- B. Toujours égal à 1
- C. Compris entre 0 et 1
- D. Négatif quand il y a des pertes
Réponse
C. Compris entre 0 et 1 — Le rendement est $\eta = E_{\text{utile}}/E_{\text{consommée}}$, toujours compris entre 0 et 1.
Quelle est la relation entre puissance $P$ et énergie $E$ sur une durée $t$ ?
- A. $E = P/t$
- B. $P = E \times t$
- C. $E = P \times t$
- D. $P = E + t$
Réponse
C. $E = P \times t$ — L'énergie est le produit de la puissance par la durée : $E = P \times t$.
Lors du freinage d'un véhicule, l'énergie cinétique est principalement convertie en :
- A. Énergie lumineuse
- B. Énergie cinétique plus grande
- C. Énergie chimique
- D. Énergie thermique (chaleur)
Réponse
D. Énergie thermique (chaleur) — Le freinage dissipe l'énergie cinétique en chaleur dans les freins.
L'énergie potentielle de pesanteur d'un objet de 2 kg à h = 5 m (g = 10 N/kg) est :
- A. 25 J
- B. 100 J
- C. 10 J
- D. 50 J
Réponse
B. 100 J — $E_{pp} = mgh = 2 \times 10 \times 5 = 100\text{ J}$.
Dans un système isolé, l'énergie totale :
- A. Augmente constamment
- B. Diminue constamment
- C. Se conserve (reste constante)
- D. Est toujours nulle
Réponse
C. Se conserve (reste constante) — Dans un système isolé, sans échanges avec l'extérieur, l'énergie totale se conserve.
Un transfert thermique $Q$ positif signifie que le système :
- A. Cède de la chaleur
- B. Reçoit de la chaleur
- C. Ne change pas de température
- D. Effectue du travail
Réponse
B. Reçoit de la chaleur — Par convention, $Q > 0$ signifie que le système reçoit de la chaleur de l'extérieur.
Niveau moyen — 12 questions
Un objet de 3 kg se déplace à 6 m/s. Son énergie cinétique est :
- A. 18 J
- B. 54 J
- C. 108 J
- D. 9 J
Réponse
B. 54 J — $E_c = \frac{1}{2} \times 3 \times 6^2 = \frac{1}{2} \times 3 \times 36 = 54\text{ J}$.
Un moteur électrique consomme 600 J et a un rendement de 75 %. L'énergie mécanique produite est :
- A. 800 J
- B. 450 J
- C. 75 J
- D. 525 J
Réponse
B. 450 J — $E_{\text{utile}} = 0{,}75 \times 600 = 450\text{ J}$.
Pour un système, $\Delta E = W + Q$. Si $W = -200\text{ J}$ et $Q = 300\text{ J}$, alors $\Delta E$ vaut :
- A. 500 J
- B. -100 J
- C. 100 J
- D. -500 J
Réponse
C. 100 J — $\Delta E = -200 + 300 = +100\text{ J}$. Le système gagne 100 J au total.
Un panneau solaire reçoit 500 W et a un rendement de 20 %. Sa puissance électrique est :
- A. 2500 W
- B. 400 W
- C. 100 W
- D. 20 W
Réponse
C. 100 W — $P_{\text{élec}} = 0{,}20 \times 500 = 100\text{ W}$.
Une balle de 0,1 kg tombe d'une hauteur de 10 m (g = 10 N/kg). Juste avant de toucher le sol, son énergie cinétique est (sans frottements) :
- A. 1 J
- B. 5 J
- C. 10 J
- D. 100 J
Réponse
C. 10 J — $E_{pp} = mgh = 0{,}1 \times 10 \times 10 = 10\text{ J}$. Toute convertie en $E_c$ à l'arrivée.
L'énergie totale d'un système fermé vaut $E = E_c + E_{pp} + U$. Si des frottements agissent, pendant un mouvement :
- A. $E$ reste constante, $E_c$ augmente
- B. $E$ diminue, $U$ augmente
- C. $E$ reste constante, $U$ diminue
- D. $E$ augmente toujours
Réponse
B. $E$ diminue, $U$ augmente — Les frottements dissipent de l'énergie mécanique en chaleur : $E$ du système mécanique diminue, mais $U$ thermique augmente.
Convertis 5 kWh en joules :
- A. $5 \times 10^3\text{ J}$
- B. $18 \times 10^6\text{ J}$
- C. $1{,}4 \times 10^{-3}\text{ J}$
- D. $50\text{ J}$
Réponse
B. $18 \times 10^6\text{ J}$ — $5 \times 3{,}6 \times 10^6 = 18 \times 10^6 = 1{,}8 \times 10^7\text{ J}$.
Un radiateur électrique de 1000 W fonctionne pendant 2 h. L'énergie consommée est :
- A. 500 Wh
- B. 2000 Wh
- C. 2 kWh
- D. Les deux réponses B et C sont correctes
Réponse
D. Les deux réponses B et C sont correctes — $E = 1000\text{ W} \times 2\text{ h} = 2000\text{ Wh} = 2\text{ kWh}$. B et C sont bien les deux correctes.
Un vélo a un rendement de 90 % pour convertir l'énergie musculaire en mouvement. Sur 1000 J dépensés, les pertes sont :
- A. 90 J
- B. 900 J
- C. 100 J
- D. 10 J
Réponse
C. 100 J — $E_{\text{pertes}} = (1 - 0{,}90) \times 1000 = 0{,}10 \times 1000 = 100\text{ J}$.
Dans la chaîne énergétique d'une centrale thermique, dans quel ordre les conversions se font-elles ?
- A. Mécanique → chimique → électrique → thermique
- B. Chimique → thermique → mécanique → électrique
- C. Électrique → thermique → chimique → mécanique
- D. Thermique → chimique → mécanique → électrique
Réponse
B. Chimique → thermique → mécanique → électrique — Combustion (chimique) → vapeur (thermique) → turbine (mécanique) → alternateur (électrique).
Parmi ces convertisseurs, lequel a le meilleur rendement en général ?
- A. Moteur thermique (~35%)
- B. Ampoule à incandescence (~5%)
- C. Moteur électrique (~85%)
- D. Panneau solaire (~20%)
Réponse
C. Moteur électrique (~85%) — Les moteurs électriques ont des rendements très élevés, souvent supérieurs à 80-90%.
Un système a reçu W = 500 J de travail et a cédé Q = 200 J de chaleur à l'extérieur. Sa variation d'énergie est :
- A. 700 J
- B. 300 J
- C. -300 J
- D. -700 J
Réponse
B. 300 J — $\Delta E = W + Q = 500 + (-200) = 300\text{ J}$. ($Q$ négatif car chaleur cédée).
Niveau difficile — 12 questions
Un skieur de 70 kg part du haut d'une piste à h = 100 m. Au bas (h = 0), sa vitesse est 30 m/s. Quelle énergie a-t-il perdue par frottements ? (g = 10 N/kg)
- A. Aucune perte
- B. 25 500 J
- C. 38 500 J
- D. 70 000 J
Réponse
C. 38 500 J — $E_{pp,i} = 70 \times 10 \times 100 = 70\,000\text{ J}$ ; $E_{c,f} = \frac{1}{2} \times 70 \times 900 = 31\,500\text{ J}$ ; pertes = $70\,000 - 31\,500 = 38\,500\text{ J}$.
Pour doubler le rendement d'un système passant de 20% à 40%, l'énergie perdue pour une même consommation :
- A. Double également
- B. Reste la même
- C. Diminue de moitié
- D. Diminue de 25%
Réponse
C. Diminue de moitié — À 20% : pertes = 80% de l'entrée. À 40% : pertes = 60% de l'entrée. Le rapport est 60/80 = 0,75, soit une diminution de 25%.
Deux systèmes en série : le premier a $\eta_1 = 80\%$, le second $\eta_2 = 75\%$. Le rendement global est :
- A. 77,5%
- B. 155%
- C. 60%
- D. 107,5%
Réponse
C. 60% — Pour des systèmes en série, $\eta_{\text{global}} = \eta_1 \times \eta_2 = 0{,}80 \times 0{,}75 = 0{,}60 = 60\%$.
Un objet lancé vers le haut avec $E_c = 200\text{ J}$ atteint une hauteur $h$ telle que $E_{pp} = 150\text{ J}$. Les frottements ont dissipé :
- A. 350 J
- B. 50 J
- C. 250 J
- D. 0 J (conservation)
Réponse
B. 50 J — $E_{\text{frottements}} = E_{c,i} - E_{pp,f} = 200 - 150 = 50\text{ J}$ dissipés en chaleur.
La chaleur transférée spontanément entre deux corps va :
- A. Du corps froid vers le corps chaud
- B. Du corps chaud vers le corps froid
- C. Dans les deux sens en même temps
- D. N'importe quel sens
Réponse
B. Du corps chaud vers le corps froid — La chaleur se transfère spontanément du corps le plus chaud vers le plus froid, jamais l'inverse.
Un appareil de 2 kW fonctionne 3 h par jour pendant 30 jours. L'énergie consommée en kWh est :
- A. 180 kWh
- B. 60 kWh
- C. 6 kWh
- D. 2160 kWh
Réponse
A. 180 kWh — $E = 2\text{ kW} \times 3\text{ h/jour} \times 30\text{ jours} = 180\text{ kWh}$.
Si on double la masse d'un objet en conservant la même vitesse, son énergie cinétique :
- A. Reste identique
- B. Double
- C. Quadruple
- D. Diminue de moitié
Réponse
B. Double — $E_c = \frac{1}{2}mv^2$ est proportionnelle à $m$. Doubler $m$ double $E_c$.
Le premier principe de la thermodynamique affirme que :
- A. L'énergie se détruit dans les frottements
- B. L'énergie totale de l'univers augmente constamment
- C. L'énergie se conserve (elle ne se crée ni ne se détruit)
- D. Le rendement peut valoir 1 dans un système idéal
Réponse
C. L'énergie se conserve (elle ne se crée ni ne se détruit) — La conservation de l'énergie : elle se transforme et se transfère, mais ne se crée ni ne se détruit.
Un ressort de raideur k = 200 N/m est comprimé de $\Delta l = 0{,}05\text{ m}$. Son énergie potentielle élastique est :
- A. 0,25 J
- B. 5 J
- C. 10 J
- D. 0,5 J
Réponse
A. 0,25 J — $E_{pe} = \frac{1}{2}k(\Delta l)^2 = \frac{1}{2} \times 200 \times 0{,}05^2 = \frac{1}{2} \times 200 \times 0{,}0025 = 0{,}25\text{ J}$.
Un chauffe-eau électrique a un rendement de 95%. Pour transmettre 4,75 kWh à l'eau, il consomme :
- A. 4,5125 kWh
- B. 5 kWh
- C. 4,75 kWh
- D. 5,26 kWh
Réponse
B. 5 kWh — $E_{\text{conso}} = E_{\text{utile}}/\eta = 4{,}75/0{,}95 = 5\text{ kWh}$.
Lors d'une chute libre sans frottements, la quantité $E_c + E_{pp}$ :
- A. Augmente progressivement
- B. Diminue progressivement
- C. Se conserve (reste constante)
- D. Est toujours nulle
Réponse
C. Se conserve (reste constante) — En l'absence de frottements, l'énergie mécanique $E_c + E_{pp}$ se conserve.
Un système dont le rendement est $\eta = 0{,}4$ dissipe en chaleur :
- A. 40% de l'énergie reçue
- B. 60% de l'énergie reçue
- C. 4% de l'énergie reçue
- D. 0,6% de l'énergie reçue
Réponse
B. 60% de l'énergie reçue — Les pertes représentent $1 - \eta = 1 - 0{,}4 = 0{,}6 = 60\%$ de l'énergie reçue.
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