énergie

4.1

Énergie mécanique

L’énergie mécanique d’un corps se répartit entre son énergie cinétique, lorsqu'il est en mouvement, et son énergie potentielle, que lui vaut à tout moment sa position dans un champ de force. Dans de tels systèmes mécaniques, les variations d'énergie cinétique et d'énergie potentielle s'équilibrent, de façon que leur somme reste toujours la même.

Dans un pendule en mouvement dans un champ de gravité, par exemple, une énergie cinétique maximale est atteinte au creux du balancement, mais elle est compensée par une énergie potentielle minimale puisque le balancier se trouve à sa position la plus basse. De même, en bout de course du balancier, l'énergie cinétique est nulle (car la vitesse est nulle), alors que l'énergie potentielle est maximale car le pendule est au plus haut. Entre ces deux points extrêmes, l'énergie du balancier passe par une combinaison sans cesse changeante d'énergie cinétique et d'énergie potentielle, mais leur somme (l’énergie mécanique du système) reste constante.

4.2

Énergie chimique

La matière peut également renfermer de l'énergie chimique, libérée lors de réactions exothermiques. Un morceau de magnésium, par exemple, relâche son énergie chimique potentielle sous forme de chaleur et de lumière lors de sa combustion dans l’oxygène. Certaines réactions peuvent être réalisées pour obtenir de l’énergie cinétique. Ainsi, dans une arme à feu, l'énergie chimique potentielle de la poudre à canon est transformée en chaleur et en bruit, mais surtout en énergie cinétique du projectile. Ce principe est également à la base du moteur à réaction et du moteur de fusée. L’énergie chimique n’est rien d’autre que l’énergie de liaison entre les atomes dans les molécules. En brisant ces liaisons, on libère l’énergie qu’elles contiennent ; pour en reformer d’autres, il faut fournir de l’énergie.

4.3

Énergie électrique

Dans le principe de la pile électrique, une énergie potentielle chimique est convertie en mouvement d'électrons, c'est-à-dire en courant électrique. Cette énergie électrique peut également être obtenue en convertissant l'énergie cinétique d'une dynamo en rotation, selon le principe de l'induction électromagnétique. Du point de vue microscopique, l’énergie électrique provient du mouvement des électrons dans le milieu conducteur, donc de leur énergie cinétique. L'énergie électrique obtenue peut elle-même être transformée en mouvement ou en travail dans les moteurs et les appareils électriques.

4.4

Énergie rayonnante

Un rayonnement électromagnétique, pour sa part, possède une énergie qui dépend de sa longueur d'onde et de sa fréquence. Du point de vue quantique, cette énergie est la somme de l’énergie des photons qui constituent ce rayonnement. Cette énergie est impliquée dans de nombreuses transformations : elle est emmagasinée par la matière lorsque celle-ci absorbe un rayonnement, et peut être restituée à l'environnement sous forme de lumière ou de chaleur.

4.5

Énergie thermique

La chaleur est la forme d'énergie la plus commune. Elle consiste en un mouvement désordonné de molécules et d'atomes, appelé agitation thermique. Elle est omniprésente dans les transformations d'énergie, dont elle constitue souvent un déchet inutilisable. Dans les appareils mécaniques, par exemple, on ne peut éviter la conversion d'un certain pourcentage d'énergie en chaleur de friction dans les pièces. De même, dans les circuits électriques, des pertes de travail utile proviennent de la conversion de l'énergie électrique en chaleur dans les fils (effet Joule). C'est cette détérioration de la « qualité » de l'énergie au cours de ses multiples transformations qui est exprimée dans le principe d'entropie.