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La validité d’un modèle est
à nouveau interrogée à travers le modèle du gaz parfait qui prolonge et
généralise la loi de Mariotte étudiée en classe de première.
Dans la continuité des
classes précédentes, du collège comme du lycée, l’objectif central du thème
« L’énergie : conversions et transferts » est désormais de procéder à des
bilans d’énergie en s’appuyant sur le premier principe de la
thermodynamique. Il s’agit, une fois le système clairement défini,
d’identifier les transferts d’énergie, de prévoir leur sens et de procéder
à un bilan entre un état initial et un état final de ce système dans le
cadre d’une démarche à adapter en fonction des informations disponibles.
Les situations étudiées permettent de réinvestir, dans un cadre théorique
cohérent, les connaissances des élèves relatives au travail, à l’énergie
mécanique et aux effets énergétiques des transformations physiques,
chimiques et nucléaires ; une approche simplifiée du bilan thermique du
système Terre-atmosphère est proposée. L’étude de l’évolution temporelle de
la température d’un système au contact d’un thermostat est l’occasion de
proposer une modélisation par une équation différentielle du premier ordre
et d’introduire la notion de temps caractéristique.
Ce thème peut prendre appui
sur un ensemble varié de domaines (transport, habitat, espace, santé et
vivant) et permettre de sensibiliser les élèves à la problématique des
économies d’énergie par une approche rationnelle. Il peut également être
l’occasion d’enrichir les notions étudiées dans le cadre de l’enseignement
scientifique relatives aux aspects énergétiques du vivant, au bilan
thermique du système Terre-atmosphère en lien avec l’évolution du climat,
etc.
Notions abordées en
classe de première (enseignement de spécialité et enseignement
scientifique) :
Énergie cinétique, travail
d’une force, énergie potentielle, théorème de l’énergie cinétique,
conservation et non conservation de l’énergie mécanique, bilan de puissance
dans un circuit, effet joule, rendement d’un convertisseur, énergie molaire
de réaction, pouvoir calorifique massique, énergie libérée lors d’une
combustion, énergie de liaison, rayonnement solaire, bilan radiatif
terrestre, bilan thermique du corps humain.
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