17
CHAPITRE
Échanges d’énergie –
Premier principe
L’essentiel du cours
Quelles sont les causes d’une variation d’énergie interne d’un système thermodynamique ?
Contexte
On considère dans ce chapitre un récipient contenant une masse m = 1,00 kg de vapeur d’eau
assimilée à un gaz parfait. Ce récipient est fermé par un piston mobile qu’un opérateur peut
pousser pour comprimer le gaz ou tirer pour le détendre. Le piston peut aussi être bloqué pour que
le volume reste constant. Des capteurs permettent de déterminer la pression, la température et le
volume du gaz lorsqu’il est à l’équilibre. Le système étudié est le gaz contenu dans le récipient. Son
état initial est noté A (P A = 1,00 bar, T A = 400 K et v A = 1,85 m
3
· kg
−1 ).
Afin d’élever la température de la vapeur d’eau, on envisage trois expériences.
• Expérience 1 : on isole thermiquement le récipient et on comprime le gaz en poussant le
piston jusqu’à atteindre l’état B (P B = 1,50 bar, T B = 441 K, v B = 1,36 m
3
· kg
−1 ).
• Expérience 2 : on bloque le piston pour que le volume du gaz reste constant et on introduit
le récipient dans un four préchauffé à 600 K. On note C (P C = 1,50 bar, T C = 600 K et
v C = 1,85 m
3
· kg
−1 ) l’état du système à la fin de l’expérience.
• Expérience 3 : on place le récipient à proximité d’un chauffage rayonnant et on laisse le
piston évoluer librement dans une atmosphère à la pression atmosphérique P atm = 1,00 bar
jusqu’à l’état D (P D = 1,00 bar, T D = 600 K, v D = 2,77 m
3
· kg
−1 ).
L’objectif de ce chapitre est de modéliser ces expériences et de déterminer les transferts énergétiques
de l’extérieur vers le système.
1 Transformations et transferts énergétiques
Un système subit une transformation s’il passe d’un état d’équilibre (état initial I) à un autre
état d’équilibre (état final F ). La transformation est déclenchée par une modification d’une
contrainte extérieure qui entraîne une rupture d’équilibre.
Définition : Transformation thermodynamique
Par exemple dans l’expérience 1, la transformation est déclenchée par le mouvement du piston
effectué par l’opérateur, qui place le système hors d’équilibre. Dans l’expérience 2, le système est
placé hors d’équilibre dès qu’on l’introduit dans le four.
© Dunod. Toute reproduction non autorisée est un délit.
partagelivrescpge.blogspot.com
CHAPITRE
Échanges d’énergie –
Premier principe
L’essentiel du cours
Quelles sont les causes d’une variation d’énergie interne d’un système thermodynamique ?
Contexte
On considère dans ce chapitre un récipient contenant une masse m = 1,00 kg de vapeur d’eau
assimilée à un gaz parfait. Ce récipient est fermé par un piston mobile qu’un opérateur peut
pousser pour comprimer le gaz ou tirer pour le détendre. Le piston peut aussi être bloqué pour que
le volume reste constant. Des capteurs permettent de déterminer la pression, la température et le
volume du gaz lorsqu’il est à l’équilibre. Le système étudié est le gaz contenu dans le récipient. Son
état initial est noté A (P A = 1,00 bar, T A = 400 K et v A = 1,85 m
3
· kg
−1 ).
Afin d’élever la température de la vapeur d’eau, on envisage trois expériences.
• Expérience 1 : on isole thermiquement le récipient et on comprime le gaz en poussant le
piston jusqu’à atteindre l’état B (P B = 1,50 bar, T B = 441 K, v B = 1,36 m
3
· kg
−1 ).
• Expérience 2 : on bloque le piston pour que le volume du gaz reste constant et on introduit
le récipient dans un four préchauffé à 600 K. On note C (P C = 1,50 bar, T C = 600 K et
v C = 1,85 m
3
· kg
−1 ) l’état du système à la fin de l’expérience.
• Expérience 3 : on place le récipient à proximité d’un chauffage rayonnant et on laisse le
piston évoluer librement dans une atmosphère à la pression atmosphérique P atm = 1,00 bar
jusqu’à l’état D (P D = 1,00 bar, T D = 600 K, v D = 2,77 m
3
· kg
−1 ).
L’objectif de ce chapitre est de modéliser ces expériences et de déterminer les transferts énergétiques
de l’extérieur vers le système.
1 Transformations et transferts énergétiques
Un système subit une transformation s’il passe d’un état d’équilibre (état initial I) à un autre
état d’équilibre (état final F ). La transformation est déclenchée par une modification d’une
contrainte extérieure qui entraîne une rupture d’équilibre.
Définition : Transformation thermodynamique
Par exemple dans l’expérience 1, la transformation est déclenchée par le mouvement du piston
effectué par l’opérateur, qui place le système hors d’équilibre. Dans l’expérience 2, le système est
placé hors d’équilibre dès qu’on l’introduit dans le four.
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