Informations

Matière et énergie en biologie# - Biologie

Matière et énergie en biologie# - Biologie


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Matière et énergie

Les notions de matière et d'énergie sont essentielles à toutes les disciplines scientifiques. Prenez le concept d'énergie.Le terme est utilisédans des contextes variés de la vie quotidienne :

  • « Pouvons-nous déplacer le canapé demain ? je n'ai pas le énergie.”
  • "Salut mec! Éteignez la lumière. Nous devons conserver énergie.”
  • « C'est un grand énergie boire."

Dans certains cours de sciences, on dit aux élèves que l'énergie se présente sous différentes formes (c.-à-d. cinétique, thermique,électrique,potentiel, etc.). Cela peut parfois rendre difficile de comprendre exactement ce qu'est l'énergie.La notion d'énergie est également associéeavec de nombreuses équations, chacune avec des variables différentes, mais qui semblent toutes finir par avoir des unités de travail. Attendez! Travail? Je croyais qu'on parlait d'énergie ?!

Compte tenu de tous les contextes différents et des traitements et définitions parfois apparemment contradictoires, il est facile de comprendre pourquoi ces sujets semblent difficiles pour de nombreux étudiants et finissent parfois par les détourner des sujets et même des domaines qui utilisent fortement ces idées. Si les concepts de matière et d'énergie sont le plus souvent associés à la chimie et à la physique, ce sont des idées centrales en biologie et on ne s'en cache pas dans BIS2A. À cet égard, nos objectifs pédagogiques sont d'aider les élèves à développer un cadre quiaiderils utilisent les concepts de matière et d'énergie pour :

  • décrire avec succès des réactions et des transformations biologiques;
  • créer des modèles et des hypothèses pour « comment les choses fonctionnent » en biologie qui incluent explicitement la matière et l'énergie et ;
  • être scientifiquement correct et transférer ces idées à de nouveaux problèmesaussi bien queautres disciplines.

Bien qu'il puisse y avoirquelquesÉquations liées à l'énergie à apprendre et à utiliser dans BIS2A, le cours sera axé sur le développement robuste des concepts d'énergie et de matière et leur utilisation dans l'interprétation des phénomènes biologiques.

Motivation pour l'apprentissageSurMatière et énergie

Les discussions sur la matière et l'énergie rendent certains étudiants de BIS2A un peu inquiets.Après tout, ces sujets ne relèvent-ils pas de la chimie ou de la physique ? Cependant, les transformations de matière et les transferts d'énergie ne sont pas des phénomènes réservés aux chimistes et physiciens ni même aux scientifiques et ingénieurs. Comprendre, conceptualiser et faire une comptabilité de base des transformations de la matière et des transferts d'énergie sont des compétences fondamentales, indépendamment de la profession ou de la formation académique. Le scientifique peut avoir besoin de descriptions plus rigoureuses et systématiques de ces transformations que l'artiste, mais tous deux utilisent ces compétences à divers moments de leur vie personnelle et/ou professionnelle. Prenons les exemples suivants :

Exemple 1 : Transformation de la matière et de l'énergie dans le réchauffement climatique

Considérons un instant un sujet qui nous concerne tous, le réchauffement climatique. À la base se trouve un modèle relativement simple quiest basésur notre compréhension de l'énergie du rayonnement solaire, le transfert de cette énergie avec la matière sur Terre, et le rôle et le cycle des principaux gaz contenant du carbone dans l'atmosphère terrestre. En termes simples, l'énergie solaire frappe la terre et transfère de l'énergie à sa surface, la chauffant. Une partie de cette énergie est transférée dans l'espace. Cependant, en fonction de la concentration de dioxyde de carbone (et d'autres gaz dits à effet de serre), différentes quantités de cette énergie peuvent être « piégées » dans l'atmosphère terrestre. Trop peu de dioxyde de carbone et relativement peu d'énergie/chaleurest piégé- la Terre gèle et devient inhospitalière à la vie.Trop de dioxyde de carbone et trop de chaleur sont piégés- la Terre surchauffe et devient inhospitalière à la vie. Il va donc de soi que les mécanismes (biologiques ou autres) qui influencent les niveaux de dioxyde de carbone dans l'atmosphère peuvent être importants à prendre en compte dans l'histoire du réchauffement climatique et que développer une bonne compréhension des phénomènes de réchauffement climatique nécessite de retracer les flux du carbone et de l'oxygène (matière) à travers leurs différentes formes et les mécanismes par lesquels l'énergieest transférévers et depuis les différents composants du système.

Exemple 2 : Contraction musculaire

Considérons maintenant un exemple plus personnel, la flexion d'un bras partant d'une position étendue et se terminant par une position fléchie. Comme la plupart des processus, celui-ci peutêtre décritet compris à différents niveaux de détail : du point de vue anatomique où le systèmeconsiste enmuscles, la peau et les os au point de vue moléculaire où le systèmeest composéde biomolécules individuelles en interaction. Quel que soit le niveau de détail, si nous voulons créer une histoire décrivant ce processus, nous savons que : (a) la description doit inclure un compte rendu de ce qui est arrivé à la matière dans le système (cela inclut le changement de position des molécules faisant les différentes parties du bras et le carburant "brûlé" pour le déplacer) et (b) que du carburantA été brûlépour démarrer le mouvement et par conséquent, que toute description du processus doit également inclure un changement comptable dans leénergie du système. En termes plus simples, cela veut simplement dire que si vous voulez décrire un processus où quelque chose s'est produit, vous devez décrire ce qui est arrivé aux « trucs » dans le système et ce qui est arrivé à l'énergie dans le système pour que le processus se produise.

Nous ne pouvons probablement pas couvrir tous les exemples de transfert de matière et d'énergie dans BIS2A. Mais, nous explorerons souvent ces problèmes et nous nous entraînerons à décrire les transformations qui se produisent dans la nature avec une attention structurée et explicite à ce qui arrive à la matière et à l'énergie dans un système au fur et à mesure qu'il change. Nous ferons cet exercice à différents niveaux structurels en biologie, du niveau moléculaire (comme une seule réaction chimique) à des modèles plus abstraits et à plus grande échelle comme le cycle des nutriments dans l'environnement. Nous mettrons en pratique cette compétence en utilisant un outil pédagogique que nous appelons « The Energy Story ». Être préparé àparticiper!


Biologie 521

** Tous les titres qui sont bleus dans les notes seront liés à une animation si vous maintenez la touche Ctrl de votre clavier enfoncée et cliquez dessus.

Vous pouvez également visionner les vidéos de biologie du cours accéléré suivantes :
**Ces vidéos contiennent plus de détails que nous n'en aurons besoin en classe, mais sont très instructives.

Cours accéléré Biologie – Membranes et transport
*Veuillez noter que cette vidéo peut ne pas utiliser d'exemples appropriés, mais l'information est bonne*
– Contient toutes les informations des notes –

Le calendrier de réalisation est le suivant :

  1. Mercredi – Lisez les notes sur le transport passif et actif (pg 1 – 3)
  2. Jeudi – Lisez les notes sur les cellules en solution (page 4)
  3. Vendredi – Examen

Veuillez consulter les notes de la section 3.1 ou les vidéos de biologie du cours accéléré. REMARQUE: Pour cette section, les vidéos ont plus de détails et peuvent être un peu plus difficiles à suivre que les notes. Nous n'obtiendrons pas autant de détails pour l'énergie. Les sujets étaient si vastes que Hank Green a dû diviser les informations en 2 vidéos. Bien que les deux soient très intéressants, cela peut prendre du temps.

Ces notes ne sont PAS terminées après la fin de la section ATP et ADP. Soyez prêt à discuter jusqu'à la fin de la page 2 de ces notes pour lundi. Nous couvrirons probablement cette information lundi et mardi.

Cours accéléré Biologie – Photosynthèse

Cours accéléré Biologie – ATP et respiration cellulaire

Veuillez consulter les notes de la section 2.1 ou la vidéo du cours accéléré de biologie (selon vos préférences) ci-dessous avant le cours de demain. Cela vous aidera à préparer notre cours sur les macromolécules.

** Gardez à l'esprit que vous serez testé sur les NOTES lorsque nous serons prêts pour notre test du chapitre 2.

Chapitre 2 Notes – (fichier PDF de notes)
*Veuillez noter qu'il ne s'agit que de la note initiale du chapitre 2 (section 2.1). Il y en aura d'autres à venir, si vous voulez attendre avant de les imprimer.


Matière et énergie en biologie# - Biologie

PARTIE IV. ÉVOLUTION ET ÉCOLOGIE

15. Dynamique des écosystèmes. Le flux d'énergie et de matière

15.3. Flux d'énergie à travers les écosystèmes

Les anciens Égyptiens construisaient des tombes élaborées que nous appelons des pyramides. La large base de la pyramide est nécessaire pour soutenir les niveaux supérieurs de la structure, qui se rétrécit jusqu'à un point au sommet. Le même type de relation existe pour les différents niveaux trophiques des écosystèmes. Les biologistes ont adopté ce modèle pyramidal pour réfléchir à l'organisation des écosystèmes. La plupart des écosystèmes ont de grandes quantités de producteurs, de petites quantités d'herbivores et des quantités encore plus petites de carnivores. Parce que cela est si courant, les écologistes ont cherché des raisons pour expliquer la relation.

Deux lois physiques fondamentales de l'énergie sont importantes lorsqu'on examine les systèmes écologiques d'un point de vue énergétique. La première loi de la thermodynamique stipule que l'énergie n'est ni créée ni détruite. Cela signifie que nous devrions être capables de décrire les quantités d'énergie dans chaque niveau trophique et de suivre l'énergie à mesure qu'elle circule à travers les niveaux trophiques successifs. La deuxième loi de la thermodynamique stipule que, lorsque l'énergie est convertie d'une forme à une autre, une partie de l'énergie s'échappe dans l'environnement sous forme de chaleur. Cela signifie que, lorsque l'énergie passe d'un niveau trophique au suivant, il y a une réduction de la quantité d'énergie dans les êtres vivants et une augmentation de la quantité de chaleur dans leur environnement (figure 15.4).

FIGURE 15.4. Niveaux d'énergie et trophiques

Le niveau trophique producteur a la plus grande quantité d'énergie et de matière. A chaque niveau trophique successif, il y a moins d'énergie et de matière.

Pensez à n'importe quelle machine de conversion d'énergie, une certaine quantité d'énergie entre dans la machine et une certaine quantité de travail est effectuée. Cependant, il dégage également une grande quantité d'énergie thermique. Par exemple, un moteur automobile doit disposer d'un système de refroidissement pour se débarrasser de l'énergie thermique produite. De même, l'énergie électrique est utilisée dans une ampoule à incandescence pour produire de la lumière, mais l'ampoule produit également de grandes quantités de chaleur. Bien que les systèmes vivants soient quelque peu différents, ils suivent les mêmes règles énergétiques.

L'énergie au sein d'un écosystème peut être mesurée de plusieurs manières. Un moyen simple est de collecter tous les organismes présents à n'importe quel niveau trophique et de les brûler. Par exemple, toutes les plantes d'un petit champ (niveau trophique du producteur) peuvent être récoltées et brûlées. Le nombre de calories de chaleur produites par la combustion est équivalent au contenu énergétique de la matière organique collectée. De même, tous les herbivores du deuxième niveau trophique pourraient être collectés et brûlés. Ensuite, vous pouvez comparer la quantité de chaleur générée par les producteurs et les herbivores et avoir une idée de la quantité d'énergie perdue lorsque vous passez du niveau trophique du producteur au niveau trophique des herbivores.

Une autre façon de déterminer l'énergie présente est de mesurer le taux de photosynthèse et de respiration d'un groupe de producteurs. La différence entre les taux de respiration et de photosynthèse est la quantité d'énergie piégée dans la matière vivante des plantes.

Lorsque nous examinons une grande variété d'écosystèmes, nous constatons que le niveau trophique producteur a le plus d'énergie, le niveau trophique herbivore en a moins et le niveau trophique carnivore en a le moins. En général, il y a une perte d'énergie d'environ 90 % d'un niveau trophique au niveau supérieur suivant. Les mesures réelles varient d'un écosystème à l'autre. Certains peuvent perdre jusqu'à 99 %, tandis que d'autres, plus efficaces, ne perdent que 70 %, mais 90 % est une bonne règle empirique. Cette perte de contenu énergétique au deuxième niveau trophique et aux niveaux trophiques suivants est principalement due à la deuxième loi de la thermodynamique. (Chaque fois que l'énergie est convertie d'une forme à une autre, une partie de l'énergie est perdue dans l'environnement sous forme de chaleur.)

En plus de la perte d'énergie résultant de la deuxième loi de la thermodynamique, il y a une perte supplémentaire impliquée dans la capture et le traitement de la matière alimentaire par les herbivores et les carnivores. Bien que les herbivores n'aient pas besoin de chasser leur nourriture, ils doivent se rendre là où la nourriture est disponible, puis la rassembler, la mâcher, la digérer et la métaboliser (figure 15.5). Tous ces processus nécessitent de l'énergie. Tout comme le niveau trophique des herbivores subit une perte de 90 % de son contenu énergétique, les niveaux trophiques supérieurs des carnivores primaires, secondaires et tertiaires subissent également une réduction de 90 % de l'énergie dont ils disposent. La figure 15.6 montre le flux d'énergie à travers un écosystème.

FIGURE 15.5. Pertes d'énergie chez un herbivore

Lorsqu'un insecte mange une plante pour obtenir de l'énergie, seule une petite quantité est réellement convertie en nouveau tissu biologique dans l'insecte.

FIGURE 15.6. Flux d'énergie à travers un écosystème

L'énergie du Soleil est captée par les organismes qui effectuent la photosynthèse. Ce sont les producteurs au premier niveau trophique. Lorsque l'énergie circule d'un niveau trophique à l'autre, environ 90 % de celle-ci est perdue. Cela signifie que la quantité d'énergie au niveau du producteur doit être 10 fois plus grande que la quantité d'énergie au niveau des herbivores. En fin de compte, toute l'énergie utilisée par les organismes est libérée dans l'environnement sous forme de chaleur.

Parce qu'il est difficile de mesurer la quantité d'énergie à n'importe quel niveau trophique d'un écosystème, les scientifiques utilisent souvent d'autres méthodes pour quantifier les niveaux trophiques. Une méthode consiste simplement à compter le nombre d'organismes à chaque niveau trophique. Cela donne généralement la même relation pyramidale, appelée pyramide des nombres (figure 15.7). Ce n'est pas une très bonne méthode à utiliser si les organismes aux différents niveaux trophiques sont de tailles très différentes. Par exemple, si vous comptiez tous les petits insectes se nourrissant des feuilles d'un grand arbre, vous obtiendriez en fait une pyramide inversée.

FIGURE 15.7. Pyramide des nombres

L'un des moyens les plus simples de quantifier les différents niveaux trophiques d'un écosystème est de compter le nombre d'individus dans une petite partie de l'écosystème. Tant que tous les organismes sont de taille similaire et vivent à peu près la même durée, cette méthode donne une bonne idée de la façon dont les niveaux trophiques sont liés. (a) La relation entre le plancton photosynthétique dans l'océan, les herbivores qui les mangent et les carnivores qui mangent les herbivores en est un bon exemple. Cependant, si les organismes à un niveau trophique sont beaucoup plus gros ou vivent beaucoup plus longtemps que ceux des autres niveaux, l'image de la relation peut être déformée. (b) Il s'agit de la relation entre les arbres forestiers et les insectes qui s'en nourrissent. Cette pyramide de nombres est inversée.

Une façon de surmonter certains des problèmes associés au simple comptage des organismes consiste à mesurer la biomasse à chaque niveau trophique. La biomasse est la quantité de matière vivante présente, elle est généralement déterminée en collectant tous les organismes à un niveau trophique et en mesurant leur poids sec. Cela élimine le problème de différence de taille associé à une pyramide de nombres, car tous les organismes à chaque niveau trophique sont combinés et pesés. La pyramide de la biomasse montre également la perte typique de 90 % à chaque niveau trophique.

Bien qu'une pyramide de biomasse soit meilleure qu'une pyramide de nombres pour mesurer certains écosystèmes, elle présente certaines lacunes. Certains organismes ont tendance à accumuler de la biomasse sur de longues périodes de temps, tandis que d'autres ne le font pas. De nombreux arbres vivent des centaines d'années, leurs principaux consommateurs, les insectes, ne vivent généralement qu'un an. De même, une baleine est un animal à longue durée de vie, alors que ses organismes alimentaires ont une durée de vie relativement courte. La figure 15.8 montre deux pyramides de biomasse.

FIGURE 15.8. Pyramide de la biomasse

La biomasse est déterminée en collectant et en pesant tous les organismes dans une petite partie d'un écosystème. (a) Cette méthode de quantification des niveaux trophiques élimine le problème des organismes de tailles différentes à différents niveaux trophiques. Cependant, cela ne donne pas toujours une image claire de la relation entre les niveaux trophiques si les organismes ont des durées de vie très différentes. (b) Par exemple, dans les écosystèmes aquatiques, de nombreux petits producteurs se divisent plusieurs fois par jour. Les petits animaux (zooplancton) qui s'en nourrissent vivent beaucoup plus longtemps et ont tendance à accumuler de la biomasse au fil du temps. Les algues unicellulaires produisent beaucoup plus de matière vivante mais sont consommées aussi vite qu'elles sont produites et, ainsi, n'accumulent pas une biomasse importante.

7. Quelle est la deuxième loi de la thermodynamique ? Pourquoi est-ce important pour comprendre les relations énergétiques dans les écosystèmes ?

8. Pourquoi la biomasse du niveau trophique des herbivores est-elle supérieure à la biomasse du niveau trophique des carnivores ?

9. Énumérez un avantage et un inconvénient à utiliser chacun des éléments suivants pour caractériser les relations entre les organismes dans un écosystème : pyramide de l'énergie, pyramide de la biomasse et pyramide des nombres.

Si vous êtes le détenteur des droits d'auteur de tout élément contenu sur notre site et que vous avez l'intention de le supprimer, veuillez contacter notre administrateur de site pour approbation.


Biologie 171

À la fin de cette section, vous serez en mesure d'effectuer les opérations suivantes :

La thermodynamique fait référence à l'étude de l'énergie et du transfert d'énergie impliquant la matière physique. La matière et son environnement pertinents pour un cas particulier de transfert d'énergie sont classés comme un système, et tout ce qui se trouve à l'extérieur de ce système est l'environnement. Par exemple, lorsque vous chauffez une casserole d'eau sur le poêle, le système comprend le poêle, la casserole et l'eau. Transferts d'énergie au sein du système (entre le poêle, la marmite et l'eau). Il existe deux types de systèmes : ouverts et fermés. Un système ouvert est un système dans lequel l'énergie peut être transférée entre le système et son environnement. Le système de cuisinière est ouvert car il peut perdre de la chaleur dans l'air. Un système fermé est un système qui ne peut pas transférer d'énergie à son environnement.

Les organismes biologiques sont des systèmes ouverts. Échanges d'énergie entre eux et leur environnement, car ils consomment des molécules stockant de l'énergie et libèrent de l'énergie dans l'environnement en effectuant un travail. Comme toutes les choses dans le monde physique, l'énergie est soumise aux lois de la physique. Les lois de la thermodynamique régissent le transfert d'énergie dans et entre tous les systèmes de l'univers.

La première loi de la thermodynamique

La première loi de la thermodynamique traite de la quantité totale d'énergie dans l'univers. Il indique que cette quantité totale d'énergie est constante. En d'autres termes, il y a toujours eu et il y aura toujours exactement la même quantité d'énergie dans l'univers. L'énergie existe sous de nombreuses formes différentes. Selon la première loi de la thermodynamique, l'énergie peut être transférée d'un endroit à un autre ou se transformer en différentes formes, mais elle ne peut pas être créée ou détruite. Les transferts et transformations d'énergie ont lieu tout le temps autour de nous. Les ampoules transforment l'énergie électrique en énergie lumineuse. Les poêles à gaz transforment l'énergie chimique du gaz naturel en énergie thermique. Les plantes effectuent l'une des transformations énergétiques les plus biologiquement utiles sur terre : celle de convertir l'énergie solaire en énergie chimique stockée dans les molécules organiques (Revue). (Figure) montre des exemples de transformations énergétiques.

Le défi pour tous les organismes vivants est d'obtenir de l'énergie de leur environnement sous des formes qu'ils peuvent transférer ou transformer en énergie utilisable pour effectuer un travail. Les cellules vivantes ont très bien évolué pour relever ce défi. L'énergie chimique stockée dans les molécules organiques telles que les sucres et les graisses se transforme par une série de réactions chimiques cellulaires en énergie dans les molécules d'ATP. L'énergie contenue dans les molécules d'ATP est facilement accessible pour effectuer un travail. Des exemples des types de travail que les cellules doivent effectuer comprennent la construction de molécules complexes, le transport de matériaux, l'alimentation du mouvement de battement des cils ou des flagelles, la contraction des fibres musculaires pour créer le mouvement et la reproduction.


La deuxième loi de la thermodynamique

Les tâches principales d'une cellule vivante consistant à obtenir, transformer et utiliser de l'énergie pour effectuer un travail peuvent sembler simples. Cependant, la deuxième loi de la thermodynamique explique pourquoi ces tâches sont plus difficiles qu'il n'y paraît. Aucun des transferts d'énergie dont nous avons parlé, ainsi que tous les transferts et transformations d'énergie dans l'univers, n'est complètement efficace. Dans chaque transfert d'énergie, une certaine quantité d'énergie est perdue sous une forme inutilisable. Dans la plupart des cas, cette forme est l'énergie thermique. Thermodynamiquement, les scientifiques définissent l'énergie thermique comme l'énergie qui se transfère d'un système à un autre qui ne fonctionne pas. Par exemple, lorsqu'un avion vole dans les airs, il perd une partie de son énergie sous forme d'énergie thermique en raison de la friction avec l'air environnant. Cette friction chauffe en fait l'air en augmentant temporairement la vitesse des molécules d'air. De même, une partie de l'énergie est perdue sous forme d'énergie thermique lors des réactions métaboliques cellulaires. C'est bon pour les créatures à sang chaud comme nous, car l'énergie thermique aide à maintenir la température de notre corps. À proprement parler, aucun transfert d'énergie n'est totalement efficace, car une partie de l'énergie est perdue sous une forme inutilisable.

Un concept important dans les systèmes physiques est celui d'ordre et de désordre (ou d'aléatoire). Plus un système perd d'énergie dans son environnement, moins le système est ordonné et aléatoire. Les scientifiques appellent entropie la mesure du caractère aléatoire ou du désordre au sein d'un système. Une entropie élevée signifie un désordre élevé et une énergie faible ((Figure)). Pour mieux comprendre l'entropie, pensez à la chambre d'un étudiant. Si aucune énergie ou travail n'y était mis, la pièce deviendrait rapidement désordonnée. Il existerait dans un état très désordonné, de forte entropie. Il faut mettre de l'énergie dans le système, sous la forme de l'étudiant qui travaille et range tout, afin de remettre la pièce dans un état de propreté et d'ordre. Cet état est un état de faible entropie. De même, une voiture ou une maison doit être constamment entretenue avec des travaux afin de la maintenir dans un état ordonné. Laissée seule, l'entropie d'une maison ou d'une voiture augmente progressivement à cause de la rouille et de la dégradation. Les molécules et les réactions chimiques ont également des quantités variables d'entropie. Par exemple, à mesure que les réactions chimiques atteignent un état d'équilibre, l'entropie augmente et, à mesure que les molécules à forte concentration à un endroit diffusent et s'étalent, l'entropie augmente également.

Transfert d'énergie et entropie résultante Mettez en place une expérience simple pour comprendre comment l'énergie est transférée et comment se produit un changement d'entropie.

  1. Prenez un bloc de glace. C'est de l'eau sous forme solide, elle a donc un ordre structurel élevé. Cela signifie que les molécules ne peuvent pas beaucoup bouger et sont dans une position fixe. La température de la glace est de 0°C. En conséquence, l'entropie du système est faible.
  2. Laisser fondre la glace à température ambiante. Quel est l'état actuel des molécules dans l'eau liquide ? Comment s'est déroulé le transfert d'énergie ? L'entropie du système est-elle supérieure ou inférieure ? Pourquoi?
  3. Chauffer l'eau à son point d'ébullition. Qu'arrive-t-il à l'entropie du système lorsque l'eau est chauffée ?

Pensez à tous les systèmes physiques de cette manière : les êtres vivants sont hautement ordonnés, nécessitant un apport constant d'énergie pour se maintenir dans un état de faible entropie. Lorsque les systèmes vivants absorbent des molécules stockant de l'énergie et les transforment par des réactions chimiques, ils perdent une certaine quantité d'énergie utilisable dans le processus, car aucune réaction n'est complètement efficace. Ils produisent également des déchets et des sous-produits qui ne sont pas des sources d'énergie utiles. Ce processus augmente l'entropie de l'environnement du système. Étant donné que tous les transferts d'énergie entraînent une perte d'énergie utilisable, la deuxième loi de la thermodynamique stipule que chaque transfert ou transformation d'énergie augmente l'entropie de l'univers. Même si les êtres vivants sont très ordonnés et maintiennent un état de faible entropie, l'entropie totale de l'univers augmente constamment en raison de la perte d'énergie utilisable à chaque transfert d'énergie qui se produit. Essentiellement, les êtres vivants sont dans une bataille acharnée contre cette augmentation constante de l'entropie universelle.


Résumé de la section

En étudiant l'énergie, les scientifiques utilisent le terme « système » pour désigner la matière et son environnement impliqués dans les transferts d'énergie. Tout en dehors du système est l'environnement. Les cellules individuelles sont des systèmes biologiques. Nous pouvons considérer les systèmes comme ayant un certain ordre. Il faut de l'énergie pour rendre un système plus ordonné. Plus un système est ordonné, plus son entropie est faible. L'entropie est une mesure d'un trouble du système. Plus un système devient désordonné, plus son énergie est faible et plus son entropie est élevée.

Les lois de la thermodynamique sont une série de lois qui décrivent les propriétés et les processus de transfert d'énergie. La première loi stipule que la quantité totale d'énergie dans l'univers est constante. Cela signifie que l'énergie ne peut pas être créée ou détruite, seulement transférée ou transformée. La deuxième loi de la thermodynamique stipule que chaque transfert d'énergie implique une perte d'énergie sous une forme inutilisable, telle que l'énergie thermique, ce qui entraîne un système plus désordonné. En d'autres termes, aucun transfert d'énergie n'est totalement efficace, et tous les transferts tendent vers le désordre.

Réponse libre

Imaginez une fourmilière élaborée avec des tunnels et des passages dans le sable où les fourmis vivent dans une grande communauté. Imaginez maintenant qu'un tremblement de terre a secoué le sol et démoli la fourmilière. Dans lequel de ces deux scénarios, avant ou après le tremblement de terre, le système de fourmilière était-il dans un état d'entropie supérieure ou inférieure ?

La fourmilière avait une entropie plus faible avant le tremblement de terre car il s'agissait d'un système hautement ordonné. Après le tremblement de terre, le système est devenu beaucoup plus désordonné et avait une entropie plus élevée.

Les transferts d'énergie ont lieu en permanence dans les activités quotidiennes. Pensez à deux scénarios : cuisiner sur une cuisinière et conduire. Expliquez comment la deuxième loi de la thermodynamique s'applique à ces deux scénarios.

Pendant la cuisson, les aliments se réchauffent sur la cuisinière, mais toute la chaleur ne va pas à la cuisson des aliments, une partie est perdue sous forme d'énergie thermique dans l'air ambiant, ce qui augmente l'entropie. Pendant la conduite, les voitures brûlent de l'essence pour faire tourner le moteur et déplacer la voiture. Cette réaction n'est pas complètement efficace, car une partie de l'énergie au cours de ce processus est perdue sous forme d'énergie thermique, c'est pourquoi le capot et les composants situés en dessous chauffent lorsque le moteur est allumé. Les pneus s'échauffent également à cause du frottement avec la chaussée, ce qui constitue une perte d'énergie supplémentaire. Ce transfert d'énergie, comme tous les autres, augmente également l'entropie.

Glossaire


Contenu

Contrairement à d'autres branches, les sciences formelles ne s'intéressent pas à la validité des théories basées sur des observations dans le monde réel (connaissances empiriques), mais plutôt aux propriétés des systèmes formels basés sur des définitions et des règles. Il y a donc désaccord sur la question de savoir si les sciences formelles constituent réellement une science. Les méthodes des sciences formelles sont pourtant essentielles à la construction et à l'expérimentation de modèles scientifiques traitant de la réalité observable [6] et les avancées majeures des sciences formelles ont souvent permis des avancées majeures dans les sciences empiriques.

Logique Modifier

Logique (du grec : , logikḗ, « possédé de raison, intellectuel, dialectique, argumentatif ») [7] [8] [note 1] est l'étude systématique des règles d'inférence valides, c'est-à-dire les relations qui conduisent à l'acceptation d'une proposition (la conclusion) sur le base d'un ensemble d'autres propositions (prémisses). Plus largement, la logique est l'analyse et l'appréciation des arguments. [9]

Il a traditionnellement inclus la classification des arguments l'exposition systématique des formes logiques la validité et la solidité du raisonnement déductif la force du raisonnement inductif l'étude des preuves formelles et de l'inférence (y compris les paradoxes et les erreurs) et l'étude de la syntaxe et de la sémantique.

Historiquement, la logique a été étudiée en philosophie (depuis l'Antiquité) et en mathématiques (depuis le milieu du XIXe siècle). Plus récemment, la logique a été étudiée en sciences cognitives, qui s'appuient sur l'informatique, la linguistique, la philosophie et la psychologie, entre autres disciplines.

Mathématiques Modifier

Mathématiques, au sens le plus large, n'est qu'un synonyme de science formelle mais traditionnellement, les mathématiques désignent plus spécifiquement la coalition de quatre domaines : l'arithmétique, l'algèbre, la géométrie et l'analyse, qui sont, grosso modo, l'étude de la quantité, de la structure, de l'espace et changer respectivement.

Statistiques Modifier

Statistiques est l'étude de la collecte, de l'organisation et de l'interprétation des données. [10] [11] Il traite de tous les aspects de cela, y compris la planification de la collecte de données en termes de conception d'enquêtes et d'expériences. [dix]

Un statisticien est quelqu'un qui connaît particulièrement bien les modes de pensée nécessaires à la bonne application de l'analyse statistique. Ces personnes ont souvent acquis cette expérience en travaillant dans un grand nombre de domaines. Il existe également une discipline appelée statistiques mathématiques, qui porte sur la base théorique du sujet.

Le mot statistiques, lorsqu'il se réfère à la discipline scientifique, est singulier, comme dans « La statistique est un art ». [12] Il ne faut pas confondre avec le mot statistique, se référant à une quantité (telle que moyenne ou médiane) calculée à partir d'un ensemble de données, [13] dont le pluriel est statistiques ("cette statistique semble fausse" ou "ces statistiques sont trompeuses").

Théorie des systèmes Modifier

Théorie des systèmes est l'étude transdisciplinaire des systèmes en général, pour élucider les principes applicables à tous les types de systèmes dans tous les domaines de recherche. Le terme n'a pas encore de sens bien établi et précis, mais la théorie des systèmes peut raisonnablement être considérée comme une spécialisation de la pensée systémique et une généralisation de la science des systèmes. Le terme provient de la théorie générale du système (GST) de Bertalanffy et est utilisé dans des efforts ultérieurs dans d'autres domaines, tels que la théorie de l'action de Talcott Parsons et l'autopoïèse sociologique de Niklas Luhmann.

Dans ce contexte, le mot systèmes est utilisé pour désigner spécifiquement les systèmes d'autorégulation, c'est-à-dire qui s'auto-correction par rétroaction. Les systèmes d'autorégulation se trouvent dans la nature, y compris les systèmes physiologiques de notre corps, dans les écosystèmes locaux et mondiaux et dans le climat.

Théorie de la décision Modifier

Théorie de la décision (ou la théorie du choix à ne pas confondre avec la théorie des choix) est l'étude des choix d'un agent. [14] La théorie de la décision peut être divisée en deux branches : la théorie de la décision normative, qui analyse les résultats des décisions ou détermine les décisions optimales compte tenu des contraintes et des hypothèses, et la théorie de la décision descriptive, qui analyse comment les agents prennent réellement les décisions qu'ils prennent.

La théorie de la décision est étroitement liée au domaine de la théorie des jeux [15] et est un sujet interdisciplinaire, étudié par des économistes, des statisticiens, des psychologues, des biologistes [16], des politologues et autres spécialistes des sciences sociales, des philosophes [17] et des informaticiens.

Les applications empiriques de cette riche théorie se font généralement à l'aide de méthodes statistiques et économétriques.

Informatique théorique Modifier

Informatique théorique (TCS) est un sous-ensemble de l'informatique générale et des mathématiques qui se concentre sur des sujets plus mathématiques de l'informatique et comprend la théorie du calcul.

Il est difficile de circonscrire précisément les domaines théoriques. Le groupe d'intérêt spécial de l'ACM sur les algorithmes et la théorie des calculs (SIGACT) fournit la description suivante : [18]

Sciences naturelles est une branche de la science concernée par la description, la prédiction et la compréhension des phénomènes naturels, sur la base de preuves empiriques issues de l'observation et de l'expérimentation. Des mécanismes tels que l'examen par les pairs et la répétabilité des résultats sont utilisés pour tenter de garantir la validité des avancées scientifiques.

Les sciences naturelles peuvent être divisées en deux branches principales : les sciences de la vie et les sciences physiques. Les sciences de la vie sont également connues sous le nom de biologie, et les sciences physiques sont subdivisées en branches : physique, chimie, astronomie et sciences de la Terre. Ces branches des sciences naturelles peuvent être divisées en branches plus spécialisées (également appelées domaines)

Sciences physiques Modifier

Science physique est un terme englobant pour les branches des sciences naturelles qui étudient les systèmes non vivants, contrairement aux sciences de la vie. Cependant, le terme « physique » crée une distinction involontaire, quelque peu arbitraire, puisque de nombreuses branches de la science physique étudient également les phénomènes biologiques. Il y a une différence entre la science physique et la physique.

Physique Modifier

La physique (du grec ancien : φύσις , romanisé : physis, allumé. « nature ») est une science naturelle qui implique l'étude de la matière [note 2] et de son mouvement dans l'espace-temps, ainsi que des concepts connexes tels que l'énergie et la force. [20] Plus largement, c'est l'analyse générale de la nature, menée afin de comprendre le comportement de l'univers. [21] [22] [note 3]

La physique est l'une des disciplines universitaires les plus anciennes, peut-être la plus ancienne grâce à son inclusion de l'astronomie. [note 4] Au cours des deux derniers millénaires, la physique faisait partie de la philosophie naturelle avec la chimie, certaines branches des mathématiques et la biologie, mais pendant la révolution scientifique du XVIe siècle, les sciences naturelles ont émergé comme des programmes de recherche uniques à part entière. droit. [note 5] Certains domaines de recherche sont interdisciplinaires, comme la biophysique et la chimie quantique, ce qui signifie que les limites de la physique ne sont pas définies de manière rigide. Aux XIXe et XXe siècles, le physicalisme a émergé comme une caractéristique unificatrice majeure de la philosophie des sciences, car la physique fournit des explications fondamentales pour chaque phénomène naturel observé. Les nouvelles idées en physique expliquent souvent les mécanismes fondamentaux d'autres sciences, tout en ouvrant à de nouveaux domaines de recherche en mathématiques et en philosophie.

Chimie Modifier

Chimie (l'étymologie du mot a été très contestée) [note 6] est la science de la matière et des changements qu'elle subit. La science de la matière est également abordée par la physique, mais alors que la physique adopte une approche plus générale et fondamentale, la chimie est plus spécialisée, étant concernée par la composition, le comportement (ou la réaction), la structure et les propriétés de la matière, ainsi que les changements il subit au cours de réactions chimiques. [23] [24] C'est une science physique qui étudie diverses substances, atomes, molécules et matière (en particulier à base de carbone). Des exemples de sous-disciplines de la chimie comprennent : la biochimie, l'étude des substances présentes dans les organismes biologiques, la chimie physique, l'étude des processus chimiques à l'aide de concepts physiques tels que la thermodynamique et la mécanique quantique et la chimie analytique, l'analyse d'échantillons de matériaux pour comprendre leur composition chimique et structure. De nombreuses disciplines plus spécialisées ont émergé ces dernières années, par ex. neurochimie l'étude chimique du système nerveux.

Sciences de la Terre Modifier

Sciences de la Terre (aussi connu sous le nom géosciences, les géosciences ou les sciences de la Terre) est un terme général pour les sciences liées à la planète Terre. [25] C'est sans doute un cas spécial dans la science planétaire, la Terre étant la seule planète porteuse de vie connue. Il existe à la fois des approches réductionnistes et holistiques des sciences de la Terre. The formal discipline of Earth sciences may include the study of the atmosphere, hydrosphere, lithosphere, and biosphere, as well as the solid earth. Typically Earth scientists will use tools from physics, chemistry, biology, geography, chronology and mathematics to build a quantitative understanding of how the Earth system works, and how it evolved to its current state.

Geology Edit

Géologie (from the Ancient Greek γῆ, ("earth") and -λoγία, -logia, ("study of", "discourse") [26] [27] ) is an Earth science concerned with the solid Earth, the rocks of which it is composed, and the processes by which they change over time. Geology can also include the study of the solid features of any terrestrial planet or natural satellite such as Mars or the Moon. Modern geology significantly overlaps all other Earth sciences, including hydrology and the atmospheric sciences, and so is treated as one major aspect of integrated Earth system science and planetary science.

Oceanography Edit

Oceanography, ou marine science, is the branch of Earth science that studies the ocean. It covers a wide range of topics, including marine organisms and ecosystem dynamics ocean currents, waves, and geophysical fluid dynamics plate tectonics and the geology of the seafloor and fluxes of various chemical substances and physical properties within the ocean and across its boundaries. These diverse topics reflect multiple disciplines that oceanographers blend to further knowledge of the world ocean and understanding of processes within it: biology, chemistry, geology, meteorology, and physics as well as geography.

Météorologie Modifier

Météorologie is the interdisciplinary scientific study of the atmosphere. Studies in the field stretch back millennia, though significant progress in meteorology did not occur until the 17th century. The 19th century saw breakthroughs occur after observing networks developed across several countries. After the development of the computer in the latter half of the 20th century, breakthroughs in weather forecasting were achieved.

Space Science or Astronomy Edit

Space science, ou astronomie, is the study of everything in outer space. [28] This has sometimes been called astronomy, but recently astronomy has come to be regarded as a division of broader space science, which has grown to include other related fields, [29] such as studying issues related to space travel and space exploration (including space medicine), space archaeology [30] and science performed in outer space (see space research).

Life science Edit

Sciences de la vie, aussi connu sous le nom la biologie, is the natural science that studies life such as microorganisms, plants, and animals including human beings, – including their physical structure, chemical processes, molecular interactions, physiological mechanisms, development, and evolution. [31] Despite the complexity of the science, certain unifying concepts consolidate it into a single, coherent field. Biology recognizes the cell as the basic unit of life, genes as the basic unit of heredity, and evolution as the engine that propels the creation and extinction of species. Living organisms are open systems that survive by transforming energy and decreasing their local entropy [32] to maintain a stable and vital condition defined as homeostasis. [33]

Biochemistry Edit

Biochimie, ou biological chemistry, is the study of chemical processes within and relating to living organisms. [34] It is a sub-discipline of both biology and chemistry, and from a reductionist point of view it is fundamental in biology. Biochemistry is closely related to molecular biology, cell biology, genetics, and physiology.

Microbiology Edit

Microbiologie is the study of microorganisms, those being unicellular (single cell), multicellular (cell colony), or acellular (lacking cells). Microbiology encompasses numerous sub-disciplines including virology, bacteriology, protistology, mycology, immunology and parasitology.

Botany Edit

Botanique, aussi appelé plant science(s), plant biology ou phytology, is the science of plant life and a branch of biology. Traditionally, botany has also included the study of fungi and algae by mycologists and phycologists respectively, with the study of these three groups of organisms remaining within the sphere of interest of the International Botanical Congress. Nowadays, botanists (in the strict sense) study approximately 410,000 species of land plants of which some 391,000 species are vascular plants (including approximately 369,000 species of flowering plants), [35] and approximately 20,000 are bryophytes. [36]

Zoology Edit

Zoology ( / z oʊ ˈ ɒ l ə dʒ i / ) [note 7] is the branch of biology that studies the animal kingdom, including the structure, embryology, evolution, classification, habits, and distribution of all animals, both living and extinct, and how they interact with their ecosystems. The term is derived from Ancient Greek ζῷον, zōion, i.e. "animal" and λόγος, logos, i.e. "knowledge, study". [37] Some branches of zoology include: anthrozoology, arachnology, archaeozoology, cetology, embryology, entomology, helminthology, herpetology, histology, ichthyology, malacology, mammalogy, morphology, nematology, ornithology, palaeozoology, pathology, primatology, protozoology, taxonomy, and zoogeography.

Écologie Modifier

Écologie (from Greek: οἶκος , "house", or "environment" -λογία , "study of") [note 8] is a branch of biology [38] concerning interactions among organisms and their biophysical environment, which includes both biotic and abiotic components. Topics of interest include the biodiversity, distribution, biomass, and populations of organisms, as well as cooperation and competition within and between species. Ecosystems are dynamically interacting systems of organisms, the communities they make up, and the non-living components of their environment. Ecosystem processes, such as primary production, pedogenesis, nutrient cycling, and niche construction, regulate the flux of energy and matter through an environment. These processes are sustained by organisms with specific life history traits.

Social science is the branch of science devoted to the study of societies and the relationships among individuals within those societies. The term was formerly used to refer to the field of sociology, the original "science of society", established in the 19th century. In addition to sociology, it now encompasses a wide array of academic disciplines, including anthropology, archaeology, economics, human geography, linguistics, political science, and psychology.

Positivist social scientists use methods resembling those of the natural sciences as tools for understanding society, and so define science in its stricter modern sense. Interpretivist social scientists, by contrast, may use social critique or symbolic interpretation rather than constructing empirically falsifiable theories, and thus treat science in its broader sense. In modern academic practice, researchers are often eclectic, using multiple methodologies (for instance, by combining both quantitative and qualitative research). The term "social research" has also acquired a degree of autonomy as practitioners from various disciplines share in its aims and methods.

Applied science is the use of existing scientific knowledge to practical goals, like technology or inventions.

Within natural science, disciplines that are basic science develop basic informations to explain and perhaps predict phenomena in the natural world. Applied science is the use of scientific processes and knowledge as the means to achieve a particularly practical or useful result. This includes a broad range of applied science-related fields, including engineering and medicine.

Applied science can also apply formal science, such as statistics and probability theory, as in epidemiology. Genetic epidemiology is an applied science applying both biological and statistical methods.

The relationships between the branches of science are summarized by the following table [39]


How Organisms Acquire Energy in a Food Web

All living things require energy in one form or another. Energy is used by most complex metabolic pathways (usually in the form of ATP), especially those responsible for building large molecules from smaller compounds. Living organisms would not be able to assemble macromolecules (proteins, lipids, nucleic acids, and complex carbohydrates) from their monomers without a constant energy input.

Food-web diagrams illustrate how energy flows directionally through ecosystems. They can also indicate how efficiently organisms acquire energy, use it, and how much remains for use by other organisms of the food web. Energy is acquired by living things in two ways: autotrophs harness light or chemical energy and heterotrophs acquire energy through the consumption and digestion of other living or previously living organisms.

Photosynthetic and chemosynthetic organisms are autotrophs , which are organisms capable of synthesizing their own food (more specifically, capable of using inorganic carbon as a carbon source). Photosynthetic autotrophs ( photoautotrophs ) use sunlight as an energy source, and chemosynthetic autotrophs ( chemoautotrophs ) use inorganic molecules as an energy source. Autotrophs are critical for most ecosystems: they are the producer trophic level. Without these organisms, energy would not be available to other living organisms, and life itself would not be possible.

Photoautotrophs, such as plants, algae, and photosynthetic bacteria, are the energy source for a majority of the world’s ecosystems. These ecosystems are often described by grazing and detrital food webs. Photoautotrophs harness the Sun’s solar energy by converting it to chemical energy in the form of ATP (and NADP). The energy stored in ATP is used to synthesize complex organic molecules, such as glucose. The rate at which photosynthetic producers incorporate energy from the Sun is called gross primary productivity . However, not all of the energy incorporated by producers is available to the other organisms in the food web because producers must also grow and reproduce, which consumes energy. Net primary productivity is the energy that remains in the producers after accounting for these organisms’ respiration and heat loss. The net productivity is then available to the primary consumers at the next trophic level.

Chemoautotrophs are primarily bacteria and archaea that are found in rare ecosystems where sunlight is not available, such as those associated with dark caves or hydrothermal vents at the bottom of the ocean ([Figure 6 ]). Many chemoautotrophs in hydrothermal vents use hydrogen sulfide (H2S), which is released from the vents as a source of chemical energy this allows them to synthesize complex organic molecules, such as glucose, for their own energy and, in turn, supplies energy to the rest of the ecosystem.

Figure 6: Swimming shrimp, a few squat lobsters, and hundreds of vent mussels are seen at a hydrothermal vent at the bottom of the ocean. As no sunlight penetrates to this depth, the ecosystem is supported by chemoautotrophic bacteria and organic material that sinks from the ocean’s surface. This picture was taken in 2006 at the submerged NW Eifuku volcano off the coast of Japan by the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). The summit of this highly active volcano lies 1535 m below the surface.


Ecological Pyramids

Ecological pyramids, which can be inverted or upright, depict biomass, energy, and the number of organisms in each trophic level.

Objectifs d'apprentissage

Explain the shape and structure of the ecological pyramid

Points clés à retenir

Points clés

  • Pyramids of numbers can be either upright or inverted, depending on the ecosystem.
  • Pyramids of biomass measure the amount of energy converted into living tissue at the different trophic levels.
  • The English Channel ecosystem exhibits an inverted biomass pyramid since the primary producers make up less biomass than the primary consumers.
  • Pyramid ecosystem modeling can also be used to show energy flow through the trophic levels pyramids of energy are always upright since energy decreases at each trophic level.
  • All types of ecological pyramids are useful for characterizing ecosystem structure however, in the study of energy flow through the ecosystem, pyramids of energy are the most consistent and representative models of ecosystem structure.

Mots clés

  • ecological pyramid: diagram that shows the relative amounts of energy or matter or numbers of organisms within each trophic level in a food chain or food web

Modeling ecosystems energy flow: ecological pyramids

The structure of ecosystems can be visualized with ecological pyramids, which were first described by the pioneering studies of Charles Elton in the 1920s. Ecological pyramids show the relative amounts of various parameters (such as number of organisms, energy, and biomass) across trophic levels. Ecological pyramids can also be called trophic pyramids or energy pyramids.

Pyramids of numbers can be either upright or inverted, depending on the ecosystem. A typical grassland during the summer has an upright shape since it has a base of many plants, with the numbers of organisms decreasing at each trophic level. However, during the summer in a temperate forest, the base of the pyramid consists of few trees compared with the number of primary consumers, mostly insects. Because trees are large, they have great photosynthetic capability and dominate other plants in this ecosystem to obtain sunlight. Even in smaller numbers, primary producers in forests are still capable of supporting other trophic levels.

Ecological pyramids: Ecological pyramids depict the (a) biomass, (b) number of organisms, and (c) energy in each trophic level.

Another way to visualize ecosystem structure is with pyramids of biomass. This pyramid measures the amount of energy converted into living tissue at the different trophic levels. Using the Silver Springs ecosystem example, this data exhibits an upright biomass pyramid, whereas the pyramid from the English Channel example is inverted. The plants (primary producers) of the Silver Springs ecosystem make up a large percentage of the biomass found there. However, the phytoplankton in the English Channel example make up less biomass than the primary consumers, the zooplankton. As with inverted pyramids of numbers, the inverted biomass pyramid is not due to a lack of productivity from the primary producers, but results from the high turnover rate of the phytoplankton. The phytoplankton are consumed rapidly by the primary consumers, which minimizes their biomass at any particular point in time. However, since phytoplankton reproduce quickly, they are able to support the rest of the ecosystem.

Pyramid ecosystem modeling can also be used to show energy flow through the trophic levels. Pyramids of energy are always upright, since energy is lost at each trophic level an ecosystem without sufficient primary productivity cannot be supported. All types of ecological pyramids are useful for characterizing ecosystem structure. However, in the study of energy flow through the ecosystem, pyramids of energy are the most consistent and representative models of ecosystem structure.


Click the button below to get instant access to these worksheets for use in the classroom or at a home.

Download This Worksheet

This download is exclusively for KidsKonnect Premium members!
To download this worksheet, click the button below to signup (it only takes a minute) and you'll be brought right back to this page to start the download!

Edit This Worksheet

Editing resources is available exclusively for KidsKonnect Premium members.
To edit this worksheet, click the button below to signup (it only takes a minute) and you'll be brought right back to this page to start editing!

This worksheet can be edited by Premium members using the free Google Slides online software. Clique le Éditer button above to get started.

Download This Sample

This sample is exclusively for KidsKonnect members!
To download this worksheet, click the button below to signup for free (it only takes a minute) and you'll be brought right back to this page to start the download!

Matter is the substance of which all material is made. That means objects which have mass. Energy is used in science to describe how much potential a physical system has to change. In physics, energy is a property of matter. It can be transferred between objects, and converted in form. It cannot be created or destroyed.

See the fact file below for more information about matter and energy or alternatively you can download our comprehensive worksheet pack to utilise within the classroom or home environment

  • Everything in the Universe is made up of matter and energy.
  • Matter is anything that has mass and occupies space.
  • Matter describes the physical things around us: the earth, the air you breathe, your pencil. Matter is made up of particles called atoms and molecules. Atoms are particles of elements – substances that cannot be broken down further.
  • There are currently 109 known elements, but obviously there are more than 109 different substances in the universe. This is because atoms of elements can combine with one another to form compounds.
  • There are 4 fundamental states of matter: solid, liquid, gas and plasma.
  • Energy is the ability to cause change or do work.
  • Some forms of energy include light, heat, chemical, nuclear, electrical energy and mechanical energy.
  • There are two main types of energy: potential and kinetic. Potential energy is energy that is stored, while kinetic energy is energy in use.
  • In order for electrical energy to flow, it must follow a complete path through a circuit.
  • Dark matter refers to material that can’t be detected by their emitted radiation but whose presence can be inferred from gravitational effects on visible matter, like stars and galaxies. Dark energy, or negative energy, is the energy found in space.

For more information, visit A Level Chemistry.

Matter and Energy Worksheets

This bundle contains 11 ready-to-use Matter and Energy Worksheets that are perfect for students who want to learn more about Matter which is the substance of which all material is made. That means objects which have mass. Energy is used in science to describe how much potential a physical system has to change. In physics, energy is a property of matter.

Download includes the following worksheets:

  • Matter and Energy Facts
  • Matter and Energy True or False
  • Tweet Tweet
  • Word Jumble
  • State the State
  • Let’s Play Ball
  • Old to New
  • Dark Matter Fiction
  • Let There Be Light
  • Everyday Energy
  • Next Big Thing

Link/cite this page

If you reference any of the content on this page on your own website, please use the code below to cite this page as the original source.

Use With Any Curriculum

These worksheets have been specifically designed for use with any international curriculum. You can use these worksheets as-is, or edit them using Google Slides to make them more specific to your own student ability levels and curriculum standards.


Chapter 48 - Ecosystems and Human Interference

First Law of Thermodynamics: Energy can be changed from one form to another, but it cannot be created or destroyed. The total amount of energy and matter in the Universe remains constant, merely changing from one form to another. Energy is always conserved, it cannot be created or destroyed. (This is often called the Law of Conservation of Energy)

Second Law of Thermodynamics: in all energy exchanges, if no energy enters or leaves the system, the potential energy of an end state will be less than its starting state. This is called ENTROPY. Living things must add energy to their systems to maintain order and life.

Food Webs and Food Chains

Food webs illustrate how energy is transferred in an ecosystem.

Ecological Pyramids also illustrate relationships

Pyramids also illustrate the relative numbers of species.

In any system, there will be more individuals lower on a food chain. An ecosystem can only support a small number of top predators.


Matter and Energy in Biology# - Biology

Web sur la diversité animale
An extraordinary site from the University of Michigan

The Ocean Planet
An exhibition about our planet and its oceans, sponsored by NASA

Texas Parks and Wildlife
Extensive information about Texas wildlife and natural regions of the state.

Chapter 3
The Biosphere

In this chapter, students will will read about how the biologists called ecologists study the relationships among organisms in the living part of the Earth's environment, called the biosphere. You will also discover how energy and nutrients flow through the biosphere The links below lead to additional resources to help you with this chapter. Ceux-ci inclus Hot Links to Web sites related to the topics in this chapter, the Take It to the Net activities referred to in your textbook, a Self-Test you can use to test your knowledge of this chapter, and Teaching Links that instructors may find useful for their students.

Hot Links Take it to the Net
Chapter Self-Test Teaching Links


What are Web Codes?
Web Codes for Chapter 3:
Active Art: The Water Cycle
Miller & Levine: Exploring Ecology from Space
SciLinks: Energy Pyramids
SciLinks: Cycles of Matter
Self-Test

Section 3-1: What Is Ecology?
To understand the various relationships within the biosphere, ecologists ask questions about events and organisms that range in complexity from a single individual to a population, community, ecosystem, or biome, or to the entire biosphere.
Scientists conduct modern ecological research according to three basic approaches: observing, experimenting, and modeling. All of these approaches rely on the application of scientific methods to guide ecological inquiry.


Section 3-2: Energy Flow
Sunlight is the main energy source for life on Earth. In a few ecosystems, some organisms rely on the energy stored in inorganic chemical compounds.
Energy flows through an ecosystem in one direction, from the sun or inorganic compounds to autotrophs (producers) and then to various heterotrophs (consumers).
Only about 10 percent of the energy available within one trophic level is transferred to organisms at the next trophic level.


Section 3-3: Cycles of Matter
Unlike the one-way flow of energy, matter is recycled within and between ecosystems.
Every living organism needs nutrients to build tissues and carry out essential life functions. Like water, nutrients are passed between organisms and the environment through biogeochemical cycles.


Voir la vidéo: Flux de la matière et de l énergie dans l écosystème (Juin 2022).