Mr Thermo Ch4

7/26/2019 Mr Thermo Ch4

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CHAPITRE IV

PREMIER PRINCIPE


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I - ENERGIE INTERNE DUN SYSTEME

Diffrentes formes dnergie :

- nergie potentielle dinteraction- gravitationnelle

- lectrostatique- magntique- nergies de liaison interatomiquesou intermolculaires..

- nergie cintique

Systmeenmouvement


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Energie Cintique

V = vitesse dentranement macroscopique du systme

vth,i, : vitesse dagitation thermique de chaque molcule.

( )2i,thi2iic vVm21

vm21

E +==

+= 2 i,thi2c vm21

MV21

Energie cintique microscopique

nergie cintique macroscopique


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nergie potentielle- nergie potentielle macroscopique Ep, macroounergie potentielle extrieure Ep, ext

due aux interactions du systme avec les champs extrieurs

(gravitationnels, lectriques, magntiques).

- nergie potentielle microscopique Ep, microdue aux interactions entre particules (nergies de liaisons)

(nergie gravitationnelle en gnral ngligeable).

Energie totale

Em = Ec, macro + Ep, ext + Ec, micro + Ep, micro

Em = Ec, macro + Ep, ext +U U : ENERGIE INTERNE


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changes dnergie dun systme avec lextrieur.

Cas du systme ferm pas dchange dnergie li un changede matire.

Sous deux formes - Travail des forces extrieures W- Transfert de chaleur Q

susceptibles de faire varier lnergie interne(microscopique).

Chaleur cde: Diminution dnergie cintique des molcules.

Travail cd : Sous forme de travail dune force extrieure.Ex: dtente dun piston.


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Principe de lquivalence

Exprience de JOULE

W fourni parles poids converti en chaleur Q dans le calorimtre

Principe de conservation de lnergie :il ne peut pas y avoir de cration spontane dnergie au cours

de la transformation : W Q= 0W Q+ =


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Lien avec le cours de mcanique

En mcanique :

En thermodynamique :

On dmontre alors (cf poly) que toutes les forces intrieures ont uncaractre conservatif et quelles drivent dune nergie potentielle.

Si le systme est lquilibre macroscopique:

Lexpression gnrale du principe de conservation de lnergiepour une transformation quelconque dun systme en quilibre

macroscopique est donc : U = W + Q

(int )m non conservatives et ext E W =

( )m macro ext ncE Ec Ep U W W Q = + + = = +

mcanique macro macro ext E Ec Ep cte= + =


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U = W + Q

Avec convention de signedubanquier !


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nergie interne et nergie macroscopique : exemple dun systmeinitialement en quilibre thermique avec lextrieur.

M

h

Einitial = Ei = Ecmacro,i+ Epext,i+ Ui

Ei = 0 + Mgh+ Ui

Efinal = Ef= Ecmacro,f+ Epext,f+ Uf

Ef= 0 + 0 + Uf

Pas de travail des forces extrieuresnon conservatives, pas

dchange de chaleur avec lextrieur :U= UfUi = Mgh> 0

Ce gain dnergie est stock sous forme dnergie de

surface (et dchauffement ventuel des morceaux).


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II - FORMULATIONS DU PREMIER PRINCIPE

1) En terme dchange dnergie : 2 cas considrer

Cas 1 : Un systme subit une transformation ferme (cycle) :

W : nergie reue sous forme de travail (toutes formes)Q : nergie reue sous forme de chaleur

UABA=UAA = UAUA =W+Q = 0

Puisque les tats initial et final sont identiques (cycle)

U = 0

Etat A Etat B

QA QB

WBWA


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Cas 2 : le systme subit une transformation ouverte de A B.

A B12

3

(1) + (3) = cycle W1+ Q1+W3+Q3= 0

(2) + (3) = cycle W2+Q2+ W3+ Q3= 0W1+ Q1 = W2+ Q2

U1= W1+ Q1

U2= W2+ Q2

U3= W3+ Q3

UAB= W+Q ne dpend pas du chemin suivi !

Ne dpend que des proprits thermodynamiques

du systme ltat A et ltat B.

W

QA Q3

W3


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2) Formulation mathmatique

- Transformation infinitsimale U

- Transformation finie A B

U est une FONCTION DETAT

U est une diffrentielle exacte : dU

ATTENTION!!!!!

dU= W + Q

Wet Q ne sont pas des diffrentielles exactesWet Q dpendent du trajet suivi, donc W et Q aussi !

=

B

AB UUU


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U = W + Q

U indpendant

de la transformation(du chemin)

W et Q fonction de la

transformation (du chemin)


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III - TRANSFORMATIONS PARTICULIERES

1) Transformation volume constant (isochore) indice v

Wv = -Pext dV= 0

dUV =WV +QV =QV

B

V v v

A

U Q Q = =

Qv = UBUA ne dpend donc que des tats final et initial.


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2)Transformation pression constante (isobare) indice p

BBAAPABP

ABext

extABext

B

AextP

PPP

VPVPQUUU

PPPP

cstePpuisque)VV(PdVPW

QWU

+==

===

===

+=

H = U + PV Fonction dtatH est lenthalpie du systme

( )

B B

P p p

A A

H dU d PV Q = + =

ABAAABBBP HH)VPU()VPU(Q =++=


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= U + PV

Enthalpie : fonction

dtat indpendant de la

transformation (chemin)

H Joule ou J/kg ou J/mol

Energie Thermique + Mcanique


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3) Transformation monotherme : Tfinal= Tinitial= cste

Hypothses :- Gaz Parfaits- Volume des phases condenses qui participent la transformation(initial final) ngligeable devant volume des gaz V(systme) = V(gaz)

gH U R T n = + (ng ,variation du nombre de moles

de la phase gazeuse)

( ) ( ) ( )( ) ( )

( )

f i

gazgaz

f f i i f i

H U PV U PV PV

or PV PV n RT

H U n RT n RT U RT n n

= + = +

=

= + = +

H U PV= +


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4) nergie interne et enthalpie du gaz parfait

Gaz parfait 2 variables dtat indpendantes

U(V,T) ou H(V,T)

Gaz parfait pas d interaction entre les molcules

U ou H ne peuvent tre fonction de V

Lnergie interne et lEnthalpie dun Gaz Parfait ne dpendent que de T


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U et H fonction de T uniquement !

Gaz parfait

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