Programme

Physique-Chimie (Spé) — L'énergie : conversions et transferts

Thermodynamique

Premier principe, énergie interne, transferts thermiques, capacité thermique

Résumé synthétiqueFiche en 4 sectionsQuiz de 10 questionsGratuit, sans pub

Résumé

La thermodynamique étudie les échanges d'énergie sous forme de travail et de chaleur. L'énergie interne $U$ d'un système est la somme de toutes les énergies microscopiques (cinétique d'agitation et potentielle d'interaction). Le premier principe affirme que la variation d'énergie interne $\Delta U = W + Q$, où $W$ est le travail reçu et $Q$ la chaleur reçue. Pour un système incompressible sans travail : $\Delta U = Q = m\,c\,\Delta T$, avec $c$ la capacité thermique massique (en $\mathrm{J/(kg\cdot K)}$). L'eau a une capacité thermique élevée : $c = 4\,180\ \mathrm{J/(kg\cdot K)}$. Les transferts thermiques se font par conduction (contact), convection (mouvement de fluide) et rayonnement (ondes électromagnétiques). L'énergie se conserve : elle ne se crée ni ne se détruit, mais se transforme et se transfère.

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Questions fréquentes

Les points clés à retenir sur Thermodynamique, extraits du quiz de révision.

Le premier principe de la thermodynamique s'écrit :
Réponse :
$\Delta U = W + Q$
$\Delta U = W + Q$ en convention récepteur. $W$ est le travail reçu et $Q$ la chaleur reçue par le système.
La capacité thermique massique de l'eau est environ :
Réponse :
$4\,180\ \mathrm{J/(kg\cdot K)}$
$c_{\text{eau}} = 4\,180\ \mathrm{J/(kg\cdot K)}$. C'est l'une des valeurs les plus élevées, ce qui explique le rôle régulateur thermique des océans.
$Q = m\,c\,\Delta T$ permet de calculer :
Réponse :
L'énergie thermique échangée
$Q = m\,c\,\Delta T$ donne la quantité de chaleur échangée lors d'une variation de température $\Delta T$, sans changement d'état.
Le transfert thermique par rayonnement :
Réponse :
Se fait par ondes électromagnétiques, sans support matériel
Le rayonnement est le seul mode de transfert qui ne nécessite pas de matière. C'est ainsi que le Soleil réchauffe la Terre à travers le vide spatial.