Bilan d'énergie et équations différentielles

Cette partie du cours se concentre sur le bilan d'énergie pour un système incompressible échangeant de l'énergie par transfert thermique. L'approche utilise la loi de Newton pour modéliser ces échanges.

Formule: dQ/dt = mc(dT/dt) = hS(Text - T)

Cette équation différentielle décrit l'évolution de la température du système en fonction du temps. Elle est dérivée du premier principe de la thermodynamique et de la loi de Newton.

Highlight: La variation de température du système est proportionnelle à la différence entre sa température et celle du milieu extérieur.

Le cours introduit ensuite le concept de temps caractéristique d'évolution de la température, noté τ.

Formule: τ = mc/hS

Cette constante de temps est cruciale pour comprendre la dynamique du refroidissement ou du réchauffement du système.

La thermodynamique et les échanges thermiques

Ce chapitre introduit les concepts fondamentaux de la thermodynamique, en se concentrant sur les échanges thermiques entre systèmes contenant un grand nombre de molécules. Il aborde la transformation de l'énergie thermique en énergie mécanique et vice versa.

Définition: Un système thermodynamique est un ensemble constitué d'un nombre élevé de particules microscopiques.

Les différentes formes d'énergie sont présentées, incluant les énergies macroscopiques (cinétique, potentielle) et microscopiques (énergie interne). L'énergie totale d'un système est définie comme la somme de ces énergies.

Formule: E = Ec + Ep + U

Le premier principe de la thermodynamique, également connu sous le nom de loi de conservation de l'énergie, est introduit. Il stipule que la variation d'énergie interne d'un système est égale à la somme du travail échangé avec l'extérieur et de la chaleur reçue ou cédée.

Formule: ΔU = W + Q

Highlight: Pour un système mécanique macroscopique, seule l'énergie interne U sera modifiée si l'énergie mécanique reste constante.