Objectifs du chapitre
Ce que tu vas savoir faire
- Distinguer source, forme, transfert et conversion d'énergie.
- Construire un bilan avec énergie utile, autres transferts et stockage éventuel.
- Utiliser E = Pt et l'énergie cinétique avec des unités cohérentes.
- Lire un circuit en série ou en dérivation et ses lois.
- Exploiter U = RI pour un conducteur ohmique et P = UI.
- Analyser mesures, consommations fictives et règles de sécurité sans réaliser de montage seul.
Une lampe « consomme » de l'énergie électrique mais l'énergie ne disparaît pas : elle est notamment transférée sous forme lumineuse et thermique. Sa puissance en watts n'est pas une énergie déjà dépensée ; il faut connaître aussi sa durée de fonctionnement.
Étape 1
Source, forme, transfert et conversion
Une source fournit de l'énergie à un système : Soleil, combustible, pile ou eau en mouvement selon la situation. Une forme décrit comment on la considère dans le modèle : chimique, électrique, thermique, lumineuse, cinétique, potentielle ou nucléaire. Un transfert fait passer de l'énergie d'un système à un autre ; une conversion change la forme utilisée dans un dispositif. Une pile convertit de l'énergie chimique et en transfère notamment électriquement au circuit, avec d'autres transferts possibles.
Pour une lampe, on choisit le système lampe, une entrée électrique, une sortie lumineuse utile à l'éclairage et une sortie thermique. L'énergie appelée perdue n'est pas détruite : elle est transférée vers des formes ou des lieux moins utiles au but choisi. Un moteur convertit notamment une entrée électrique en mouvement et en transfert thermique. Dire « le dispositif produit de l'énergie » est un raccourci courant ; le bilan physique décrit des transferts et conversions.
Renouvelable décrit une ressource qui se reconstitue à l'échelle considérée, pas l'absence de toute limite ou tout impact. Les combustibles fossiles ne se reconstituent pas à l'échelle des usages humains ; leur combustion peut former du dioxyde de carbone. Un bilan environnemental ne se limite pas au rendement d'un seul appareil : fabrication, ressources, durée d'usage et fin de vie comptent aussi. Le choix d'un système et d'une question permet d'annoncer honnêtement ce qui est étudié.
À retenir. Nomme le système, les entrées, les sorties et les formes ; une énergie « perdue » n'a pas cessé d'exister.
Étape 2
Conserver l'énergie et préciser le stockage
Pour un système, l'énergie reçue se répartit entre énergie transférée vers l'extérieur et variation de l'énergie stockée. Si le stockage ne change pas pendant l'intervalle étudié, les entrées égalent les sorties. Si une batterie se charge, une partie de l'entrée augmente son stockage ; on ne doit pas conclure à une disparition parce que les sorties visibles sont plus petites. Il faut comparer les grandeurs sur la même durée et dans la même unité.
Dans un exemple fictif, un moteur reçoit 500 J et transfère 350 J de manière utile au mouvement, sans variation de stockage. Les autres transferts totalisent 150 J. Un rendement de 350/500 = 0,70 indique 70 % pour la sortie jugée utile. Le mot utile dépend du but du dispositif : un transfert thermique est utile dans un chauffage et pas nécessairement dans le moteur étudié. Un rendement n'est pas une promesse générale sur tout appareil du même type.
Le rayonnement permet un transfert d'énergie sans contact matériel direct entre source et récepteur, comme pour le Soleil et la Terre. Un objet peut émettre et absorber un rayonnement ; la différence contribue à l'évolution de son état énergétique. Pour Terre-atmosphère, les gaz à effet de serre absorbent une partie du rayonnement infrarouge et participent aux échanges. Un bilan simplifié doit dire quelles entrées, sorties et durées sont retenues, plutôt que confondre température et énergie.
Exemple résolu · Pas à pas
Interpréter une batterie en charge
Données fictives : une batterie reçoit 1 000 J et transfère 180 J vers l'extérieur durant une charge. De combien augmente son stockage ?
- Les grandeurs concernent le même intervalle et sont toutes en J.
- Variation de stockage = entrée − sorties = 1 000 − 180 = 820 J.
- Les 180 J ne sont pas détruits ; les 820 J ne sont pas une sortie manquante.
Le bilan distingue stockage et transferts avant de parler de conservation.
À retenir. Entrées moins sorties donnent la variation de stockage ; le rendement concerne une sortie utile définie.
Étape 3
Énergie, matière et émissions : trois informations à séparer
Un bilan d’énergie répond à une question précise : quelles entrées, sorties et variations de stockage sont retenues pour le système et la durée choisis ? Il ne donne pas, à lui seul, la masse de matière extraite pour fabriquer l’objet ni la quantité de gaz à effet de serre émise. Ces trois informations peuvent être liées dans une étude, mais elles ne portent pas la même unité ni le même périmètre.
Dans le dossier fictif ci-dessous, le ventilateur reçoit de l’énergie électrique pendant son usage. Cette information ne permet pas de dire que l’électricité est toujours sans émission de gaz à effet de serre : il faut documenter l’origine de l’électricité, le lieu, la période et le périmètre retenu. Sa fabrication mobilise aussi de la matière, quelle que soit l’énergie utilisée ensuite. Les données manquantes ne doivent pas être remplacées par une conclusion flatteuse ou alarmante.
Un dispositif qui brûle un combustible peut convertir une énergie chimique en énergie utile tout en émettant du dioxyde de carbone. Cette émission concerne de la matière issue d’une transformation chimique ; elle n’est pas une forme d’énergie. Pour comparer des solutions, on annonce donc le service rendu, la durée, les étapes étudiées et les informations réellement disponibles.
Tableau et cas intégralement inventés par Maxdecours pour exercer les distinctions ; aucune mesure, empreinte ou comparaison de produit réel.
| Étape du dossier | Information d’énergie ou de matière | Information sur les gaz à effet de serre | Limite de la conclusion |
|---|---|---|---|
| Usage du ventilateur fictif | 60 Wh d’énergie électrique reçue pour la durée indiquée | Aucun facteur d’émission n’est fourni | On ne peut pas annoncer une émission nulle ni comparer un impact climatique |
| Fabrication fictive | 120 g d’aluminium et 80 g de plastique sont déclarés | Aucune donnée d’extraction, de transport ou de fabrication n’est fournie | Les masses ne deviennent pas une empreinte carbone sans données et périmètre |
| Alimentation par un groupe thermique fictif | Énergie chimique d’un combustible convertie en énergie électrique et transferts thermiques | La combustion est annoncée comme émettant du dioxyde de carbone | Aucune quantité ne permet de chiffrer ou de comparer l’émission |
Pour chaque ligne, indique ce qui relève de l’énergie, de la matière ou des gaz à effet de serre. Écris ensuite une conclusion qui nomme une donnée manquante au lieu d’affirmer que l’électricité est toujours sans émission.
À retenir. Énergie transférée, matière mobilisée et émissions de gaz à effet de serre sont des informations différentes ; une conclusion dépend d’un périmètre documenté.
Étape 4
Puissance, durée et énergie cinétique
L'énergie s'exprime en joules, J. La puissance est un débit d'énergie, exprimé en watts, W : un watt correspond à un joule par seconde. Pour une puissance constante, , avec E en J si P est en W et t en s. On peut aussi utiliser W et h pour obtenir Wh, ou kW et h pour obtenir kWh. On ne mélange pas une durée en minutes avec une puissance en W pour annoncer directement des J.
Un appareil de 800 W fonctionnant 15 min transfère 800 × 900 = 720 000 J, ou 0,8 × 0,25 = 0,2 kWh. Les deux résultats décrivent la même énergie dans deux unités. 1 Wh vaut 3 600 J et 1 kWh vaut 3,6 millions de J. Pour un coût fictif, on multiplie l'énergie en kWh par le prix donné en euros par kWh ; on ne traite pas un exemple inventé comme un tarif actuel d'un fournisseur.
L'énergie cinétique d'un objet de masse m à vitesse v est donnée par , avec m en kg et v en m/s pour obtenir des J. À masse constante, doubler la vitesse multiplie Ec par quatre. L'énergie potentielle dépend de la position dans le système étudié ; monter un objet peut augmenter cette énergie. Le chapitre n'utilise pas une formule de hauteur non fournie pour tous les cas. Chaque calcul précise son modèle et ses unités.
À retenir. Puissance en W, énergie en J et durée en s ; si tu choisis kWh, garde kW et h cohérents.
Étape 5
Tension et intensité : deux mesures différentes
La tension entre deux points se note U et s'exprime en volts, V. L'intensité du courant dans une branche se note I et s'exprime en ampères, A. Un volt n'est pas un ampère et un courant n'est pas une quantité qui serait consommée par chaque lampe successivement. Les grandeurs décrivent des aspects différents du circuit ; une valeur doit être associée à ses points ou sa branche, pas seulement à « l'électricité ».
Dans une étude scolaire encadrée, un voltmètre se branche en dérivation aux bornes du dipôle étudié et un ampèremètre s'insère en série dans la branche. Il faut choisir calibre et connexions adaptés avec le professeur. Brancher un ampèremètre directement aux bornes d'un générateur peut créer un court-circuit ; le site demande de lire des schémas, pas d'essayer des branchements à domicile. Un protocole comprend les valeurs attendues et les précautions.
1 A vaut 1 000 mA ; 250 mA correspondent à 0,250 A. Les conversions sont nécessaires avant les lois utilisant R en ohms ou P en watts. Un affichage de 0,30 A et un autre de 300 mA peuvent indiquer la même intensité. Le nombre de décimales dépend du dispositif et de la mesure ; un tableau fictif idéal peut présenter une exactitude que les mesures réelles ne garantissent pas.
À retenir. U se mesure entre deux points, I dans une branche ; appareil et unité ne sont pas interchangeables.
Étape 6
Préparer un contrôle de circuit avec le professeur
Avant une mesure réelle, une fiche de préparation fixe le but et les limites. Pour vérifier une loi dans un circuit simple, elle nomme le montage prévu, la grandeur à relever, les unités attendues et la comparaison qui permettra de conclure. Elle ne remplace pas le schéma du professeur, le matériel choisi par le collège ni les règles de sécurité de la séance.
Le cahier des charges fictif demande ici de comparer des valeurs de tension ou d’intensité dans un circuit alimenté par le matériel scolaire. Sur la fiche, tu peux distinguer ce que tu prévois de mesurer de ce que tu vas calculer, écrire une conversion comme et annoncer la loi qui sera vérifiée. Les connexions, le calibre et la mise sous tension sont validés par le professeur avant toute mesure.
Après la séance, une grille de contrôle sert à interpréter les mesures : elle vérifie le montage réellement retenu, l’unité, la précision de l’appareil et un écart éventuel avec le modèle. Elle ne transforme ni une fiche ni une réponse en ligne en autorisation de réaliser un branchement seul. Le secteur, les prises, l’intérieur d’un appareil et les interventions domestiques restent hors activité.
Fiche originale Maxdecours ; préparation écrite d’une séance scolaire, pas protocole exécutable à domicile ni mesure effectuée.
| Élément à préparer | Donnée du cahier des charges fictif | Contrôle réservé à la séance encadrée |
|---|---|---|
| But | Vérifier si les valeurs relevées sont compatibles avec une loi de circuit annoncée | Le professeur valide le montage et la loi étudiée |
| Grandeurs | Noter U en V ou I en A, avec la branche ou les bornes concernées | Le professeur vérifie appareils, calibres et connexions avant mise sous tension |
| Conclusion | Comparer calcul, relevés et incertitude ou écart observé | Une mesure ne valide pas une installation domestique ni un geste de câblage |
Repère ce qui est prévu sur la fiche et ce qui doit être vérifié pendant la séance. Explique pourquoi une valeur calculée ne remplace pas une mesure réelle encadrée.
À retenir. Une fiche prépare une mesure encadrée : but, schéma validé, grandeurs et contrôles ; elle ne certifie pas un montage réel.
Étape 7
Série et dérivation : lire les connexions avant la loi
Dans un circuit série comportant un seul chemin, l'intensité est la même en chaque point de ce chemin. Les tensions des dipôles s'ajoutent le long de la maille dans le modèle simple : la tension du générateur égale la somme des tensions des récepteurs. Deux résistances en série peuvent avoir des tensions différentes tout en étant traversées par la même intensité. On ne divise pas automatiquement la tension par le nombre de dipôles sans autre information.
En dérivation, plusieurs branches relient les mêmes deux points : leurs tensions sont alors égales à la tension entre ces points. À un nœud, le courant principal se répartit entre les branches ; dans le cas à deux branches, Iprincipal = I1 + I2. Les intensités peuvent être différentes si les branches ne sont pas identiques. Dire que « tout est pareil en dérivation » efface la distinction entre tension commune et intensités particulières.
Pour choisir une loi, trace mentalement les chemins et repère les nœuds. La position visuelle d'un rectangle sur une page ne suffit pas : ce sont les connexions qui déterminent le montage. Les deux schémas donnent des valeurs idéales fictives compatibles avec les lois, pas des résultats d'une expérience réalisée. Une comparaison à des mesures réelles demanderait les instruments, les conditions et la précision.
Schémas et valeurs idéales originaux Maxdecours ; pas de montage réellement effectué, pas de connexion domestique à reproduire.
| Montage | Tensions | Intensités |
|---|---|---|
| Série | 12 V = 4 V + 8 V | 0,3 A sur tout le chemin |
| Dérivation | 6 V à chaque branche | 0,9 A = 0,6 A + 0,3 A |
Agrandir l’imageExplique les valeurs avec les connexions ; propose ce qu'on comparerait dans une mesure scolaire encadrée.
À retenir. Série : intensité commune et tensions qui s'ajoutent. Dérivation : tension commune et intensités qui s'ajoutent au nœud.
Étape 8
Loi d'Ohm et puissance électrique
Pour un conducteur ohmique dans les conditions du modèle, , avec U en V, R en ohms, symbole Ω, et I en A. Les formes équivalentes sont I = U/R et R = U/I, avec un courant non nul pour ce dernier quotient. Une résistance de 20 Ω sous 6 V est traversée par 0,3 A. Cette loi ne s'applique pas indistinctement à tout dipôle, comme si une lampe ou un composant électronique gardait toujours une résistance constante.
Si R reste constante, la tension est proportionnelle à l'intensité ; un graphique U en fonction de I passe par l'origine dans le modèle idéal et son coefficient est R. Lire un tableau demande de garder les unités : 200 mA = 0,2 A. Avec U = 4 V, le quotient 4/0,2 vaut 20 Ω. Diviser 4 par 200 sans convertir produirait un nombre 1 000 fois trop petit et une unité mal comprise.
La puissance électrique dans le modèle continu du chapitre est , avec P en W. Pour 6 V et 0,3 A, elle vaut 1,8 W. Une puissance n'est pas une énergie tant qu'on n'a pas fixé une durée ; sur 10 min à puissance constante, E = 1,8 × 600 = 1 080 J. Les lois se relient donc aux bilans d'énergie, mais aucune valeur théorique ne donne une autorisation de choisir un câble, une protection ou un appareil pour une installation réelle.
À retenir. U = RI concerne un conducteur ohmique ; P = UI donne une puissance, à relier ensuite à une durée.
Étape 9
Un résultat numérique ne valide pas une installation
Un court-circuit relie des points par un chemin de très faible résistance et peut entraîner une intensité importante, un échauffement et des dégâts. Les systèmes de protection ont une fonction, mais leur existence ne rend pas toute intervention sûre. Une alimentation de laboratoire, une pile et le secteur domestique n'ont pas les mêmes contraintes ; aucune activité du chapitre ne demande d'ouvrir un appareil, de toucher une prise ou de modifier un circuit réel.
Pour comparer des consommations, choisis même service, même durée et données comparables. Une lampe moins puissante peut utiliser moins d'énergie sur la même durée, mais il faut aussi vérifier l'éclairage obtenu et les conditions d'usage. Les choix responsables ne se résument pas à une seule valeur isolée. Le coût donné dans un problème est fictif et ne prouve pas une économie réelle chez un élève ni un tarif de l'année scolaire.
Une expérience scolaire encadrée peut confronter une loi aux mesures, analyser l'écart, vérifier le montage et les instruments, puis conclure avec une précision appropriée. Une simulation ou un tableau idéal accompagne le raisonnement sans remplacer cette pratique. Si un résultat semble incohérent, on revoit conversions, branche, loi et données avant d'imaginer une panne. La sécurité ne doit jamais être diminuée pour obtenir plus vite une réponse.
À retenir. Interprète schémas et données ; les montages et interventions réels restent encadrés, surtout hors très basse tension scolaire.
L’essentiel à retrouver
Ta fiche de révision
- Un système transfère, convertit et peut stocker de l'énergie ; celle-ci ne disparaît pas.
- E = Pt : J avec W et s, Wh avec W et h, kWh avec kW et h.
- Ec = ½mv² : doubler v quadruple Ec à masse constante.
- Série : même I, addition des U ; dérivation : même U entre les mêmes points, addition des I au nœud.
- Conducteur ohmique : U = RI ; puissance électrique du modèle : P = UI.
- Tension, intensité, puissance et énergie sont quatre grandeurs distinctes. Les données fictives n'attestent pas une expérience.
Des erreurs à comprendre
Une lampe détruit l'énergie électrique qu'elle consomme.
L'énergie est convertie et transférée ; précise les sorties lumineuse et thermique.
Je multiplie W par minutes et annonce des J.
Convertis les minutes en secondes, ou choisis une autre combinaison cohérente d'unités.
Le courant diminue après chaque dipôle série.
L'intensité est la même dans le seul chemin du circuit série ; les transferts d'énergie ne sont pas une consommation de courant.
Les branches en dérivation ont toujours la même intensité.
Leur tension est commune entre les mêmes points, mais leurs intensités peuvent différer.
U = RI est vrai avec R constante pour tout dipôle.
Le modèle ohmique et ses conditions doivent être établis ; ne généralise pas à tout composant.
Les activités avec l’abonnement
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Sources et repères
Édition Maxdecours · Année scolaire 2026-2027 · Vérification documentaire : 2026-10-20.
Programme du cycle des approfondissements, BO n° 31 du 30 juillet 2020 · Ministère de l'Éducation nationale · Physique-chimie p. 100-102 PDF : formes, transferts, conversions et conservation d'énergie, énergie cinétique, puissance, émission et absorption du rayonnement, circuits, protocole et lois d'électricité. Passages relus le 20 octobre 2026 ; annualisation Maxdecours.
Enseigner au cycle 4 : programmes à la rentrée 2026-2027 · Éduscol, DGESCO · Programme de cycle 4 applicable à la troisième en 2026-2027.
Les montages, mesures et expériences réels se réalisent avec les dispositifs et la supervision fixés par ton professeur. N'interviens pas sur une prise, le secteur ou l'intérieur d'un appareil ; le site évalue le raisonnement sur données et schémas, pas une compétence de câblage ou une installation sûre.