Premier principe de la thermodynamique
Le premier principe formalise la conservation de l’énergie pour un système thermodynamique.
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Système et état
Définir le cadre
Le système est la partie étudiée, séparée du milieu extérieur par une frontière choisie.
- Le milieu extérieur regroupe tout le reste.
- L’état thermodynamique décrit le système à un instant donné.
Grandeurs d’état
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Énergie échangée
Comparer les échanges
Travail
- Échange lié à des forces macroscopiques.
- Dépend du chemin suivi.
- N’est pas une fonction d’état.
Transfert thermique
- Échange dû à une différence de température.
- Dépend du chemin suivi.
- N’est pas une fonction d’état.
Idée clé
Travail et chaleur se traversent, ils ne se stockent pas.
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Conventions de signe
Convention usuelle
| Grandeur | Reçue par le système | Remarque |
|---|---|---|
| Travail | W > 0 | Souvent choisi ainsi. |
| Chaleur | Q > 0 | Vérifier l’énoncé. |
| Variation d’énergie interne | \Delta U | Fonction d’état. |
Piège classique
- !!Changer de convention sans le signaler conduit à un bilan faux.
- Toujours annoncer la convention retenue avant le calcul.
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Premier principe
Bilan énergétique
Avec la convention usuelle, la variation d’énergie interne égale la somme algébrique des échanges reçus.
Cas particulier
Pour un cycle thermodynamique, l’état initial et l’état final coïncident.
Méthode de bilan
- 1
Choisir le système et les états initial et final.
- 2
Lister les échanges de travail et de chaleur.
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Appliquer sans se tromper
Exercice guidé
Un système reçoit un travail W et une chaleur Q. Que vaut sa variation d’énergie interne ?
- On choisit la convention usuelle : les échanges reçus sont positifs.
- On écrit le premier principe : \Delta U = W + Q.
- La variation d’énergie interne se déduit directement du bilan.
L’énergie interne augmente si les apports reçus dominent.
À retenir
Résumé express
- Le système et sa frontière doivent être définis clairement.
- L’état fixe l’énergie interne U, pas le chemin.
- Le travail et le transfert thermique sont des échanges.
- Les conventions de signe doivent être explicites et cohérentes.