Chauffer de l’eau, comprimer de l’air dans une pompe, refroidir un moteur : dans tous ces cas, l’énergie d’un système change par travail ou par transfert thermique. Le premier principe de la thermodynamique exprime la conservation de l’énergie pour ces échanges.
Une question sur ce cours ?
ULU, le tuteur d’ULUMINE, t’aide à partir de ce cours.
Objectifs
- Utiliser l’équation d’état du gaz parfait et en connaître les limites
- Définir l’énergie interne d’un système
- Énoncer et appliquer le premier principe ΔU = W + Q
- Utiliser la capacité thermique d’un système incompressible
1. Le modèle du gaz parfait
P × V = n × R × T
- Le modèle suppose des entités ponctuelles sans interaction entre elles (sauf chocs). Il décrit bien les gaz réels à faible pression (masse volumique faible).
- La masse volumique d’un gaz parfait vaut ρ = .
- T(K) = θ(°C) + 273,15.
2. Énergie interne et premier principe
Énergie interne U : Énergie stockée à l’échelle microscopique : énergies cinétiques d’agitation des entités et énergies potentielles d’interaction entre elles. Elle s’exprime en joules.
ΔU = W + Q
- W : travail échangé (forces de pression, travail électrique…).
- Q : transfert thermique (dû à une différence de température).
- Système isolé : W = 0 et Q = 0, donc ΔU = 0.
3. Système incompressible : capacité thermique
ΔU = C × ΔT = m × c × ΔT
Chauffer 1,5 L d’eau de 20 °C à 100 °C
Pour l’eau liquide, c ≈ 4,18 × 103 J·kg−1·K−1 et m = 1,5 kg.
- ΔU = 1,5 × 4,18 × 103 × (100 − 20) ≈ 5,0 × 105 J
- Une bouilloire de 2 000 W y parvient en au moins ≈ 250 s (sans pertes).
À retenir
- Gaz parfait : PV = nRT en unités SI ; valable à faible pression.
- Énergie interne : énergie microscopique du système.
- Premier principe : ΔU = W + Q (énergies reçues comptées positivement).
- Système incompressible : ΔU = mcΔT.
Et maintenant, à toi !
Vérifie que tu as compris avec les exercices, puis révise avec la fiche.