Énergie interne et énergie totale d'un système
Terminale générale Spé · Physique-Chimie Spé Terminale
À retenir
• Énergie totale : E_tot = E_m + U = (E_c,macro + E_p,macro) + (E_c,micro + E_p,micro). • Énergie interne U : fonction d'état exprimée en Joules (J). • Agitation thermique température T (cinétique micro). • Interactions/liaisons changements d'état ou réactions chimiques (potentielle micro). • Système macroscopiquement au repos : E_m = 0 E_tot = U.
Le cours
Composantes macroscopique et microscopique de l'énergie L'énergie totale E_tot d'un système thermodynamique est la somme de ses contributions macroscopiques et microscopiques : E_tot = E_m + U • L'énergie mécanique macroscopique E_m = E_c + E_p,ext dépend de la vitesse d'ensemble du centre d'inertie du système (E_c = 1/2 m v^2) et de sa position dans les champs de force extérieurs (ex. : pesanteur E_pp = m g z). • L'énergie interne U rassemble l'ensemble des énergies stockées à l'échelle microscopique : U = E_c,micro + E_p,micro - E_c,micro : énergie cinétique désordonnée d'agitation thermique des particules (translation, rotation, vibration), qui croît avec la température absolue T (elle lui est proportionnelle pour un gaz parfait). - E_p,micro : énergie potentielle d'interaction entre les atomes et molécules (liaisons chimiques, liaisons de Van der Waals, hydrogène). • Pour un système au repos macroscopique (stationnaire, sans déplacement global ni changement d'altitude), E_m = cte, si bien que la variation d'énergie totale se réduit à celle de l'énergie interne : E_tot = U
Dans ce chapitre
- Échelles de température Celsius et Kelvin
- Changements d'état et énergie massique de changement d'état
- Frontières d'un système thermodynamique
- Énergie interne et énergie totale d'un système
- Premier principe de la thermodynamique
- Capacité thermique massique et échauffement sans transition de phase
- Les trois modes de transfert thermique
- Flux thermique et puissance transférée
- Résistance thermique de conduction d'une paroi plane
- Loi thermique de conduction et analogie électrique
- Bilan d'énergie et loi de refroidissement de Newton
- Équation différentielle de l'évolution de la température
- Temps caractéristique de relaxation thermique et réponse indicielle
- Bilan : Synthèse et méthode sur la thermodynamique et les transferts thermiques