Analyse des courbes de refroidissement et de réchauffement

L'étude des courbes de refroidissement et de réchauffement permet de comprendre la dynamique des transferts thermiques dans différentes situations.

Pour un refroidissement, la température évolue selon l'équation :

T = (Ti - Te) × e^(-t/τ) + Te

Où :

• Ti est la température initiale
• Te est la température d'équilibre (température de l'environnement)
• τ est la constante de temps caractéristique du système

Highlight: La constante de temps τ = mc / (h × S) détermine la vitesse du transfert thermique.

Pour trouver le temps t nécessaire pour atteindre une température donnée Tf, on peut utiliser l'équation :

t = -τ × ln((Tf - Te) / (Ti - Te))

Exemple: Si on veut déterminer le temps nécessaire pour que la température diminue de moitié entre Ti et Te, on utilise Tf = (Ti + Te) / 2 dans l'équation ci-dessus.

Pour un réchauffement, la courbe est symétrique à celle du refroidissement, mais avec une asymptote supérieure.

Highlight: L'analyse de ces courbes est cruciale pour comprendre et prédire le comportement thermique des systèmes dans diverses applications d'ingénierie et de physique.

Premier principe de la thermodynamique et énergie interne

Le premier principe de la thermodynamique est un concept fondamental qui décrit la conservation de l'énergie dans un système fermé. Il établit que la variation d'énergie interne d'un système est égale à la somme du travail et de la chaleur échangés avec l'extérieur.

Définition: L'énergie interne U d'un système est la somme de l'énergie cinétique microscopique et de l'énergie potentielle d'interaction entre les particules.

L'équation fondamentale du premier principe de la thermodynamique système fermé s'écrit :

ΔU = W + Q

Où :

• ΔU est la variation d'énergie interne
• W est le travail échangé
• Q est la chaleur échangée

Highlight: Pour un gaz parfait, l'énergie potentielle d'interaction est négligeable, donc U = E cinétique microscopique.

Le transfert d'énergie peut se faire sous forme de travail (W) ou de chaleur (Q). Le travail est généralement exprimé comme W = P × ΔV, où P est la pression et ΔV la variation de volume.

Exemple: Pour un gaz parfait subissant une transformation isochore (volume constant), le travail W est nul et ΔU = Q = m × C × ΔT, où C est la capacité thermique massique.

Vocabulary: La capacité thermique à volume constant gaz parfait est une propriété importante qui caractérise la quantité de chaleur nécessaire pour élever la température d'un gaz à volume constant.