Premier principe de la thermodynamique

Objectif

Comprendre ce qu'étudie la thermodynamique et connaître les grandeurs et principes fondamentaux.

Pourquoi c'est important ?

• Permet de compren

Modèle du gaz parfait

Le gaz parfait est un modèle simplifié des gaz. Dans ce modèle on suppose que toutes les interactions entre les molécules sont négligeables (à l'exception des chocs).

Équation d'état du gaz parfait

$\boxed{\rm P \cdot V = n\cdot R\cdot T}$

Avec :
$\rm P$ en pascal (Pa)
$\rm V$ en mètre cube $\rm (m^3)$
$\rm T$ en Kelvin (K)
$\rm n$ en mole (mol)
$\rm R$ est la constante des gaz parfaits ($\rm R = 8,314\: SI$)

Conversion de température

La température est une grandeur physique universelle. Cette mesure s'effectue avec un thermomètre gradué en degrés Celsius (noté °C). Il existe d'autres unités de mesure : le degré Kelvin.

$\boxed{\rm °C = K - 273}$

Énergie interne et modes de transfert de l'énergie

L'énergie interne $\rm U$ d'un système macroscopique est égale à la somme de :

• L'énergie cinétique microscopique de chaque particule du système. Elle est fonction de l'agitation thermique, donc de la température 
• L'énergie potentielle d'interactions microscopiques entre les particules dues aux interactions gravitationnelle, électromagnétique, forte et faible entre les particules du système.

$\boxed {\rm U = E_c (micro) + E_p (micro)}$

Modes de transferts de l'énergie

Il existe 2 modes de transferts de l'énergie :

• Le travail $\rm W$
• Le transfert thermique $\rm Q$

Principe de conservation de l'énergie

Un système est dit isolé s'il n'effectue pas de transferts d'énergie avec d'autres systèmes. Dans ce cas, son énergie totale $\rm (E_{totale} = E_m + U)$ se conserve.

Bilan d'énergie

La variation de l'énergie totale d'un système au cours d'une évolution est égale à la somme des travaux des forces extérieures $\rm W$ et des transferts thermiques $\rm Q$ échangés avec le milieu extérieur :

$\boxed {\rm \Delta E_{totale} = \Delta E_m + \Delta U = W + Q}$

Par convention, les transferts d'énergie sont positifs si reçus par le système et négatifs si cédés par le système au milieu extérieur.

Premier principe de la thermodynamique - Énoncé

Si un système ne subit pas de modification de son mouvement et de son altitude, alors son énergie mécanique ne varie pas, et dans ce cas :

$\boxed {\rm \Delta E_{totale} = \Delta U = W + Q}$ avec $\rm \Delta U$, $\rm W$ et $\rm Q$ en $\rm J$

Variation d'énergie interne $\rm \Delta U$

Pour un système incompressible de masse $\rm m$ et de capacité thermique massique $\rm c$ dont la température varie :

$\boxed {\rm \Delta U_{i \to f} = m \times c \times (T_f – T_i)}$ avec $\rm \Delta U_{i \to f}$ en $\rm J$, $\rm m$ en $\rm kg$, $\rm c$ en $\rm J.kg^{-1}.K^{-1}$ et $\rm T$ en $\rm K$.