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Résumé CHAPITRE III -Thermodynamique (BAC +1 -SMPC)
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CHAPITRE III -Thermodynamique (BAC +1 -SMPC)
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CHAPITRE IIIPREMIER PRINCIPE DE LA THERMODYNAMIQUE
I-INTRODUCTION
Lorsqu'un système est bien défini par rapport au milieu extérieur, (existence
d'une frontière) il peut échangé avec ce dernier, différentes formes d'énergie:
- Soit de l'énergie sous forme de chaleur: Q
- Soit du « travail » autre que la chaleur : W
Remarque : W peut être par exemple mécanique, électrique ou magnétique.
II- ORIGINE EXPERIMENTALE DU PREMIER PRINCIPE
Le premier principe est déduit à partir des constatations expérimentales. IL
permet de généraliser le principe de conservation de l'énergie aux processus
s'accompagnant d'échange de chaleur.
a) Expérience de JOULE
Température de milieu extérieur T1
1er temps :
A l’état initial le système, « eau » est en d’équilibre thermique avec l’extérieur.
Après avoir calorifugé (isolé) les parois du calorimètre l’expérience consiste à
chauffer l’eau au moyen d’un agitateur.
-le système reçoit donc du travail mécanique, (W>O).
-La température du système va passer de T1 à T2 > T1 .
ème
2 temps:
On enlève l'isolement thermique, l'eau va se refroidir et sa température va passer de
T2 à T1 température d'équilibre avec le milieu extérieur, le système cède à
l'extérieur une quantité de chaleur Q.
Dans les conditions de l’expérience, il est évident que la transformation étudiée
se passe à volume et à pression constants. D’où :
1
, Q= m.C.ΔT= m.C.(T1 –T2 ) = - m.C.(T2 –T1 ) < 0 !!.
Ici C est la chaleur spécifique massique, que l’on peut remplacer par la chaleur
spécifique molaire C’ et écrire
Q = - n . C’ . (T2 –T1 ) = - m/M .C’.(T2 –T1 )
On peut également définir les chaleurs spécifiques à volume constant Cv et à pression
constante Cp.
En cédant cette quantité de chaleur Q, le système a retrouvé son état initial, il a donc
décrit un cycle que nous pouvons représenter schématiquement par :
W > 0, (Q = 0)
+ +
Etat(1) état (2)
Q < 0, (W = 0)
T1 T2 > T1
Constatation:
W = - Q ou bien W + Q = 0
Il y a donc équivalence entre le travail W et la chaleur Q. La chaleur Q est une forme
particulière de l’énergie.
b) Principe d’équivalence
Lorsqu'un système subit un cycle fermé de transformation, en échangeant du travail
W et de la chaleur Q avec l’extérieur, on a :
W=-Q
Remarque sur les unités. Si W est exprimé en JOULE, unité de l’énergie dans le
système international (S.I) et Q en Calorie unité usuelle, alors on a :
[J]= 4,18 [cal]
1 Calorie = 4,18 Joules
III- LA FONCTION ENERGIE INTERNE U.
a)Définition:
L'énergie interne est la somme des énergies cinétiques des particules et des
énergies potentielles (ou d’interaction) de ces particules.
*U n'est définie qu'à une constante additive près, de ce fait, on ne connaît que des
variations de U soit ΔU.
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