L’essentiel du cours 455
• Transformation monotherme : le système est en équilibre thermique avec l’extérieur dans
ses états initial et final et la température extérieure, c’est-à-dire la température au niveau
de ses parois diathermanes, reste constante au cours de la transformation.
Les transferts thermiques par conduction et par convection avec l’extérieur étant relativement lents il se peut qu’ils n’aient pas le temps de se faire lorsque la transformation
est très rapide. On peut alors la supposer adiabatique.
Dans l’expérience 1, les parois du système étant calorifugées, on peut modéliser la transformation
par une transformation adiabatique. La transformation de l’expérience 2 peut être modélisée par
une transformation isochore et celle de l’expérience 3 par une transformation isobare ou monobare.
Dans cette partie, nous avons vu comment déterminer le travail des forces de pression mais nous
n’avons pas encore d’outil pour évaluer les transferts thermiques entre le système et l’extérieur.
2 Premier principe de la thermodynamique
Au cours de nos trois expériences, nous avons déterminé le travail reçu par le système. En outre, en
assimilant la vapeur d’eau à un gaz parfait de capacité thermique à volume constant massique c V , la
variation d’énergie interne du système lors de chaque transformation vaut : ΔU IF = mc V (T F − T I )
avec c V = 1,48 · 10
3 kJ · kg
−1
· K
−1 .
Travail reçu W IF Variation d’énergie interne ΔU IF
Expérience 1
W AB = 60 kJ
ΔU AB = 60 kJ
Expérience 2
W AC = 0
ΔU AC = 295 kJ
Expérience 3
W AD = −92 kJ
ΔU AD = 295 kJ
Dans l’expérience 1, le travail est responsable de la variation d’énergie interne. Dans l’expérience 2,
un transfert thermique fait varier l’énergie interne. Dans l’expérience 2, un travail et un transfert
thermique interviennent.
Comment déterminer le transfert thermique ?
Le transfert thermique s’obtient en appliquant au système étudié le premier principe de la
thermodynamique, qui exprime la conservation de l’énergie.
Soit un système fermé, macroscopiquement au repos et subissant une transformation I → F au
cours de laquelle il reçoit un travail algébrique W IF et un transfert thermique algébrique Q IF .
Le premier principe de la thermodynamique s’écrit :
ΔU IF = U F − U I = W IF + Q IF
Premier principe dans le cas d’un système macroscopiquement au repos
La variation d’énergie interne ΔU IF ne dépend que de l’état initial et de l’état final
de la transformation (U est une fonction d’état) alors que le travail et le transfert
thermique dépendent du chemin suivi lors de la transformation.
Dans le cas d’une transformation isochore ΔU IF = Q IF = Q V
© Dunod. Toute reproduction non autorisée est un délit.
partagelivrescpge.blogspot.com
• Transformation monotherme : le système est en équilibre thermique avec l’extérieur dans
ses états initial et final et la température extérieure, c’est-à-dire la température au niveau
de ses parois diathermanes, reste constante au cours de la transformation.
Les transferts thermiques par conduction et par convection avec l’extérieur étant relativement lents il se peut qu’ils n’aient pas le temps de se faire lorsque la transformation
est très rapide. On peut alors la supposer adiabatique.
Dans l’expérience 1, les parois du système étant calorifugées, on peut modéliser la transformation
par une transformation adiabatique. La transformation de l’expérience 2 peut être modélisée par
une transformation isochore et celle de l’expérience 3 par une transformation isobare ou monobare.
Dans cette partie, nous avons vu comment déterminer le travail des forces de pression mais nous
n’avons pas encore d’outil pour évaluer les transferts thermiques entre le système et l’extérieur.
2 Premier principe de la thermodynamique
Au cours de nos trois expériences, nous avons déterminé le travail reçu par le système. En outre, en
assimilant la vapeur d’eau à un gaz parfait de capacité thermique à volume constant massique c V , la
variation d’énergie interne du système lors de chaque transformation vaut : ΔU IF = mc V (T F − T I )
avec c V = 1,48 · 10
3 kJ · kg
−1
· K
−1 .
Travail reçu W IF Variation d’énergie interne ΔU IF
Expérience 1
W AB = 60 kJ
ΔU AB = 60 kJ
Expérience 2
W AC = 0
ΔU AC = 295 kJ
Expérience 3
W AD = −92 kJ
ΔU AD = 295 kJ
Dans l’expérience 1, le travail est responsable de la variation d’énergie interne. Dans l’expérience 2,
un transfert thermique fait varier l’énergie interne. Dans l’expérience 2, un travail et un transfert
thermique interviennent.
Comment déterminer le transfert thermique ?
Le transfert thermique s’obtient en appliquant au système étudié le premier principe de la
thermodynamique, qui exprime la conservation de l’énergie.
Soit un système fermé, macroscopiquement au repos et subissant une transformation I → F au
cours de laquelle il reçoit un travail algébrique W IF et un transfert thermique algébrique Q IF .
Le premier principe de la thermodynamique s’écrit :
ΔU IF = U F − U I = W IF + Q IF
Premier principe dans le cas d’un système macroscopiquement au repos
La variation d’énergie interne ΔU IF ne dépend que de l’état initial et de l’état final
de la transformation (U est une fonction d’état) alors que le travail et le transfert
thermique dépendent du chemin suivi lors de la transformation.
Dans le cas d’une transformation isochore ΔU IF = Q IF = Q V
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