Premier principe de la thermodynamique Échange de chaleur Échange de chaleur et de travail Transformation cyclique : bilan des échanges Transformation ouverte : bilan des échanges Transformations d ’un gaz parfait Volume constant Pression constante Température constante Sans échange de chaleur

Échange de chaleur Echange désordonné d’énergie mécanique moléculaire Gaz chaud Solide froid

Modes de transport de la chaleur B 1. Conduction A B K: conductivité thermique (Jm-1s-1K-1)

Modes de transport de la chaleur 2. Convection A B Fluide

Modes de transport de la chaleur 3. Rayonnement e : émissivité de la surface polie : e » 0 mat, noire : e » 1 S : aire émettrice s : constante de Stefan Loi de Stefan

Loi de Planck (Loi de Wien) 6000 K 5000 K 4000 K

Échauffement Capacité thermique (ou calorifique) Chaleur spécifique (JK-1mole-1) extensive intensive Chaleur spécifique (JK-1kg-1)

Chaleur spécifique Dépend des variables thermodynamiques : T, p, V, B, ... Exemples : Gaz réel : Métal (basse température) : Isolant (basse température) :

Calorimétrie Échauffement simple Échauffement avec changement de phase

Échange de travail Expansion infiniment lente Énergie fournie p h S p p(V) Convention égoïste : V Expansion Compression

Échange de travail et de chaleur sur un cycle Transformation dans laquelle l’état final du système coïncide avec l’état initial Sur un cycle, les échanges de chaleur et de travail s’annulent Premier principe de la thermodynamique

Échange de chaleur et de travail sur une transformation ouverte La somme des échanges en chaleur et en travail est indépendante du chemin suivi par la transformation

Principe de conservation Le système dispose d’une réserve d’énergie, appelée l’énergie interne, que l’on modifie par les échanges de chaleur ou de travail. Cette énergie est indestructible : de l’énergie interne soustraite au système par un échange de chaleur ou de travail est emmagasinée par le milieu extérieur et lui sera restituée si l’on remet le système dans l’état initial Chaque état du système est caractérisé par une et une seule valeur de l’énergie interne (l’énergie interne est une fonction d’état).

Énergie interne et échanges

Impossibilité du mouvement perpétuel de première espèce Sur un tour : Contraire au premier principe

Transformations d ’un gaz parfait Volume constant (isochore) Pression constante (isobare) Température constante (isotherme) Sans échange de chaleur (adiabatique)

Volume constant (isochore)

Énergie interne d’un gaz parfait L’énergie interne d’un gaz parfait ne dépend que de la température ! Interprétation microscopique

Pression constante (isobare) L’énergie interne dépendrait-elle de p et V ?

Pas de paradoxe Équation d’état Comparer

Différence des chaleurs spécifiques Relation de Mayer

Enthalpie Enthalpie Posons Chaleur de réaction à pression constante

Température constante (isotherme)

Chaleur isotherme « isotherme » à température T

Sans échange de chaleur (adiabatique)

p=p(V) adiabatique

p=p(V) adiabatique

Travail

Travail adiabatique Mais :