Premier principe de la thermodynamique

Légende alternative :

si l'energie d'un tel systeme (FERME AUREPOS) varie, c'est qu'il echange avec l'exterieur de l'energie sous forme de TRAVAIL (W) ou de TRANSFERT THERMIQUE (Q) ▶ permet de faire l'étude thermique ▶ Si AU>O: Les tranfers d'energies ont conduis à une augmentation de Etor AU = Q + W TRANSFERTS ET FLUX THERMIQUES Capacité thermique C Un systeme peut stocker de l'energie sous forme d'energie interme puis la restituer La capacité thermique traduit cette possibilité : c'est une grandeure traduisant l'energie qu'il faut transfere au systeme Kg pour augmenter sa temperature de I K AU = Q = C x At = mxc X AT T(K) = @(c) + 273,15 9 = T(K)-273,15 = 1-293,15 = -272, 15 Modes de transferts thermique Trans Fert thermique Q Un transfert d'energie Q est un transfert d'Energie entre le systeme et l'exterieur quise traduit par une variation de Temperature AT JIK Jikg|k Kg JQ=CX AT = MX C X AT&K La conduction (sortt ressalides) transfert thermique par contact direct sans deplacement macro de matiere du corps chaud vers le corps Froid capacite thermique C = m x c² (J/K) capacité thermique HASSIQUE (J/kg/K) pour un systeme ▶ repos ▶ Ferme pasdetravail w possible = Fluide et Solide INCOMPRESSIBLE la convection Cone dora Floide, lig igaz). transfert thermique entre le Systeme et l'exterieur par mouv de matière dans ce systeme Di L une maison est bien isolee Si le Flux thermique des materiaux est Faible !G Le rayonnement W transfert thermique par le biais d'one onde electromagnetique Les transferts thermique se font dans unsens unique : FROID CHAUD Jusqu'à atteindre une Temperature égale. At Flux thermiques φ Pour évaluer la vitesse de ces transferts thermiques, on determine le FLUX THERMIQUE il correspond au transfert thermique Q qui s'écoule entre 2 milieux par unité de temps convection La Resistance thermique R traduit l'opposition du systeme aux flux thermique & Plus R élevée plus & Faible K/W conduct therm (W/M/K) Rth = Resistance thermique Couper le chauffage d'une maison en hiver provoque une diminution desa Temperature d'autant plus rapide que la difference de Temperature entre l'interieur et c'exterieur est importante. si les murs sont biens isole cette baisse est moins rapide conduction on parle alors de puissance thermique e A x S A rayonnement $ = GOT La relation entre la resistance thermique et ses caracteristiques est : - ebalsseur (m) surface cm²) Tchaud TFroid Rin ARTWE Di Di DEUX LOIS THERMIQUES Loi de Stefan-Boltzmann Tout corps de Temp non nulle perd de l'energie par rayonnement. La loi de SB considère le systeme étudié comme un CORPS NOIR, objet ideal qui emet sous forme de rayonnement toute l'energie qu'il reçoit. Flox h parohite desorface (w/m²) emit par un objet Loi de Stefan-Boltzmann ~F=0 XT ²+k 5,67×10 W/m²/K En moyenne, Le Flux thermique recu au sommet de l'atmosphere par le soleil est : F = 1368 W.m Le Flux thermique est repartit sur toute la surface de la Terre = Fx S disque = F'x Ssphère = F'x 4πarm = 342W/m Fx TT Farm F 1368 F = 4 4 = ēmi par Am² du Systeme OU 2 on estime la Temperature Terrestre stable, ainsi: Precu dosoleil G •Curcurgs noir = @emit par Terre reemet toute Execue Sila Terre était un corps noir, sa Temperature serait : 342 T= ( = Đ) 567X102 te Flux pary a la Terre n'est qu'une Fraction du Flux arrivant a l'atmosphère Flux th (10) emit par un objet • m² = 6 x S x T 4 = 8°C or Sa Temperature moyenne est de 15° C ➜ La Terre n'est pas un corps noir T 11 + 66 0000 EE 3 I SOLEIL ēmi parle Systeme DT-S DE o B 2M win ² £8 S = πam S = 4² !L !G En effet, La Terre reflechie vers l'espace 30%. de l'energie recue phenomene caracterisé par L'ALBEDO Albedo proportion de l'energie recue parla Terre qui est reflechie conc non absorbee serre. Les gars de l'atmosphère absorbent 20% du rayon du sol, conduisant à l'effet de EDS phenomene naturel de rechauffement d'une planete provoqué par l'absorption de rayons IR reemis parle sol par certains gazs de son atmosphère loi thermique de Newton Un thermostat est un objet dont la Temperature reste constante. on utilise souvent le milieu exterieur comme THERMOSTAT pour l'étude d'un systeme Newton remarque qu'un objet se rafroidit d'autant plus vite que les Temperature ont une importante taux de var dela Temp au systeme (K/S) dT = -yx (T-TTn) dt Constr(s) La Terre et son atmosphere presentent un albedo A = 0,30 #K equation differentielle de la Forme y' = axy + b la loi de Newton Le taux de variation de la Temp d'un système incompressible et echangeant de l'E par transfert therm" est proportionelle à la diff de Temp du corps chaud Tc. et du Thermosta Ith 1mm Di La solution de ce type d'equation est : y(x) = Axe + B on en deduit: O -8xt T(t) = Axe FXX Ⓒà t=05, T = To T (0) = Axe To = A + TTh A = To Th quand t tend vers l'infini, T = T+h donc B = TT B 80 + TT -88 T(E) = (To Ttn) xe + Tth soit t = ! HS C HS on obtient T(t) = (To-T+h) e sit > +00 donc T() = AXO + B for T Th quand +-> = donc ITN = B +TTh = B a t=0s · T(0) = T et + (0) - Axe A + Th A = 7-Th T # - 8xt c H$ L'evolution de la Temperature se traduit par une exponentielle décroissante qui rend vers ITH EXHS --Exa E