La chaîne d'énergie

Alimenter, distribuer, convertir, transmettre, sources et formes d'énergie, convertisseurs (moteur, résistance, LED…), rendement, puissance et énergie consommée, schéma de la chaîne d'énergie d'un système

Savoir identifier les quatre fonctions de la chaîne d'énergie d'un objet, nommer les formes d'énergie, et calculer puissance, énergie consommée, rendement et rapport de transmission.

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Les quatre fonctions

Alimenter : fournir (et parfois stocker) l'énergie — secteur et bloc d'alimentation, pile, batterie, panneau photovoltaïque.
Distribuer : laisser passer, couper ou doser l'énergie sur ordre — interrupteur, relais, variateur, carte de commande de moteur.
Convertir : changer la forme de l'énergie — moteur, résistance chauffante, LED, haut-parleur, vérin.
Transmettre : amener le mouvement jusqu'à l'objet en l'adaptant — engrenages, poulies-courroie, pignon-chaîne, roue et vis sans fin, pignon-crémaillère.

Sources et formes d'énergie

Renouvelables : Soleil, vent, eau, biomasse, géothermie. Non renouvelables : pétrole, gaz, charbon, uranium.
Formes : électrique, mécanique, thermique, lumineuse, chimique, nucléaire.
L'électricité est une forme d'énergie, pas une source.

Formules

P = U × I (W, V, A).
E = P × t : Wh avec W et h ; J avec W et s. 1 Wh = 3 600 J ; 1 kWh = 1 000 Wh.
Batterie : E = U × Q (Wh = V × Ah) ; autonomie t = E / P.
η = P utile / P absorbée < 1 ; chaîne : η = η₁ × η₂ × …
r = N sortie / N entrée = Z menant / Z mené = D menante / D menée ; vis sans fin : r = nombre de filets / Z roue ; r < 1 : réducteur.

Méthode : schéma d'une chaîne d'énergie

Repérer l'action finale sur l'objet.
Trouver le convertisseur qui la produit.
Chercher ce qui le relie à l'objet (Transmettre).
Chercher ce qui autorise ou dose l'énergie (Distribuer).
Remonter à l'origine de l'énergie (Alimenter).
Écrire la forme d'énergie sur chaque flèche.

Pièges à éviter

Placer un capteur ou une carte qui décide dans la chaîne d'énergie : ils relèvent de la chaîne d'information.
Oublier de convertir : mA → A, min → h, J → Wh.
Confondre capacité (mAh) et énergie (Wh).
Additionner les rendements au lieu de les multiplier ; trouver plus de 100 %.
Calculer un rapport « mené sur menant ».

L'essentiel

La chaîne d'énergie alimente, distribue, convertit et transmet l'énergie jusqu'à l'action.
Les ordres de la chaîne d'information arrivent sur la fonction Distribuer.
P = U × I et E = P × t, avec 1 Wh = 3 600 J.
Le rendement est toujours inférieur à 100 % : les pertes partent surtout en chaleur.
Un réducteur (r < 1) fait tourner la sortie moins vite, avec plus d'effort.

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