Premier principe de la thermodynamique
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 $\rm K$.
