Premier principe de la thermodynamique
Terminale générale Spé · Physique-Chimie Spé Terminale
À retenir
• Premier principe : U = W + Q (système stationnaire sans mouvement d'ensemble). • Unités : U, W et Q s'expriment en Joules (J). • Travail W : transfert macroscopique ordonné (force mécanique, forces de pression, travail électrique). • Chaleur Q : transfert microscopique désordonné (agitation thermique). • Convention des signes : > 0 si gagné, < 0 si perdu.
Le cours
Conservation de l'énergie et bilans de transferts Le premier principe de la thermodynamique est le principe universel de conservation de l'énergie appliqué aux systèmes matériels : • L'énergie totale d'un système isolé est constante (E_tot = cte). L'énergie ne peut être ni créée ni détruite, elle ne fait que se transformer ou se transférer. • Pour un système thermodynamique fermé et macroscopiquement au repos ( E_m = 0), la variation d'énergie interne U au cours d'une transformation est égale à la somme algébrique du travail W et du transfert thermique Q échangés avec le milieu extérieur : U = W + Q • Convention algébrique du banquier : - Toute énergie reçue par le système est comptée positivement (W > 0, Q > 0). - Toute énergie cédée (fournie) par le système au milieu extérieur est comptée négativement (W Méthode : écrire un bilan avec les bons signes 1. Délimiter le système (fermé, au repos) et lister ce qu'il reçoit ou cède. 2. Affecter les signes : travail reçu lors d'une compression ou fourni par un moteur électrique au système, W > 0 ; détente qui pousse un piston, W 0 ; refroidissement par l'air ambiant, Q 0 ⟺ la température augmente). Exemple : un gaz reçoit W = +200 J et cède 50 J de chaleur : U = 200 - 50 = +150 J.
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