Modes de transfert d'énergie et premier principe

Les 4 types de transfert d'énergie entre un système et son environnement sont le travail W et le transfert thermique Q.

Definition: Le travail W est un transfert d'énergie macroscopique ordonné, lié au déplacement du point d'application d'une force.

Definition: Le transfert thermique Q est un transfert d'énergie microscopique désordonné, se produisant spontanément du corps chaud vers le corps froid.

Le premier principe de la thermodynamique énonce que la variation d'énergie interne ΔU d'un système fermé est égale à la somme des travaux W et transferts thermiques Q échangés avec l'extérieur :

ΔU = W + Q

Cette équation permet d'établir le bilan d'énergie thermodynamique d'un système. Pour cela, il faut :

1. Définir le système étudié
2. Identifier tous les transferts d'énergie avec l'extérieur
3. Attribuer un signe + si l'énergie entre dans le système, - si elle en sort
4. Faire la somme algébrique de ces transferts

Highlight: Si la somme est positive, l'énergie interne du système augmente. Si elle est négative, l'énergie interne diminue.

Énergie interne d'un système thermodynamique

L'énergie interne thermodynamique U d'un système macroscopique est définie comme la somme des énergies microscopiques (cinétique et potentielle) de toutes les entités qui le constituent. Elle caractérise l'état du système, au même titre que la température ou la pression.

Pour un système incompressible exemple, comme un solide ou un liquide, dont la masse volumique reste constante, la variation d'énergie interne est proportionnelle à la variation de température. La formule énergie interne thermodynamique s'écrit alors :

ΔU = m.c.(Tf-Ti)

Où m est la masse du système, c sa capacité thermique massique, et Tf et Ti les températures finale et initiale.

Vocabulary: La capacité thermique C d'un système caractérise sa capacité à stocker ou céder de l'énergie interne.

Definition: La capacité thermique massique c d'un corps condensé correspond à l'énergie qu'il faut fournir pour augmenter de 1°C la température d'un corps de 1 kg.

L'énergie totale d'un système comprend son énergie interne U et ses énergies macroscopiques (cinétique Ec et potentielle Ep). Pour un système au repos thermodynamique, la variation d'énergie totale se réduit à la variation d'énergie interne :

ΔEtot = ΔU