Premier principe de la thermodynamique

Les notions à connaître

Énergie interne U

Énergie totale microscopique d'un système (énergie cinétique d'agitation thermique + énergie d'interaction entre particules). Pour un gaz parfait, U ne dépend que de T.

Travail W

Transfert d'énergie par action mécanique. Pour un gaz en $compression/d$étente $: W = -p_e$xt$\cdot \Delta V ($convention récepteur).

Transfert thermique Q

Transfert d'énergie dû à une différence de température entre le système et l'extérieur.

Transformation adiabatique

Transformation sans échange de chaleur avec l'extérieur (Q = 0). Donc $\Delta U = W.$

Capacité thermique massique c

Énergie nécessaire pour élever de 1 K la température de 1 kg de matière, en $J\cdot$ kg⁻¹$\cdot K$⁻¹.

Les erreurs à éviter en physique-chimie

• ✗ Oublier la convention de signe : compter W > 0 quand le gaz fournit du travail.

  ✓ En convention récepteur (celle du programme) : W > 0 quand le système REÇOIT du travail (compression). W < 0 quand il en fournit (détente).

• ✗ Appliquer Q = mc$\Delta T$ à un gaz parfait.

  ✓ Q = mc$\Delta T s'$applique aux phases condensées (liquide, solide). Pour un gaz parfait$, \Delta U =$ nCv$,m\Delta T$ et le premier principe donne $Q = \Delta U - W.$

• ✗ Confondre température et chaleur.

  ✓ La température (T) est une grandeur d'état. Le transfert thermique (Q) est un mode de transfert d'énergie. Un objet peut recevoir de la chaleur sans changer de T (changement d'état).

Sais-tu répondre à ces questions ?

Les corrigés détaillés sont dans le quiz du chapitre.

1. Le premier principe de la thermodynamique s'écrit, pour un système fermé :
2. Une transformation adiabatique est une transformation au cours de laquelle :
3. L'énergie interne $U$ d'un gaz parfait ne dépend que de :
4. On chauffe $n = 2{,}0\;\text{mol}$ d'un gaz parfait monoatomique ($C_V = \frac{3}{2}R$) de $\Delta T = 50\;\text{K}$ à volume constant. La variation d'énergie interne est ($R = 8{,}31\;\text{J/(mol}\cdot\text{K)}$) :
5. Pour une transformation isochore (volume constant), le travail des forces de pression vaut :