456 Chapitre 17
Échanges d’énergie – Premier principe
Dans le cas où le système subit une variation d’énergie mécanique ΔE mIF (énergies cinétique
et potentielle macroscopiques), le premier principe de la thermodynamique s’écrit :
ΔU IF + ΔE mIF = ΔU IF + ΔE cIF + ΔE pIF = W IF + Q IF
Expression du premier principe dans le cas général
Déterminons maintenant le transfert thermique dans nos trois expériences : Q IF = ΔU IF − W IF .
Modélisation
W IF
ΔU IF
Q IF
Expérience 1 adiabatique
W AB = 60 kJ
ΔU AB = 60 kJ
Q AB = 0
Expérience 2
isochore
W AC = 0
ΔU AC = 295 kJ Q AC = 295 kJ
Expérience 3
isobare
W AD = −92 kJ ΔU AD = 295 kJ Q AD = 387 kJ
On vérifie avec les expériences 2 et 3 qu’une même variation d’énergie interne peut être
obtenue avec des valeurs de travail et de transfert thermique différentes.
• Déterminer la variation d’énergie interne au cours de la transformation, connaissant la
fonction d’état U , l’état initial et l’état final.
• Calculer le travail reçu par le système au cours de la transformation, connaissant la
nature de celle-ci (Méthode 17.1).
• Appliquer le premier principe de la thermodynamique pour en déduire le transfert
thermique : Q IF = ΔU IF − W IF .
Méthode 17.2 : Calcul du transfert thermique au cours d’une transformation
Exercice (17.3)
3 Enthalpie – Transformations monobares ou isobares
On a vu que le transfert thermique est égal à la variation d’énergie interne lorsque la transformation est isochore. Un grand nombre de transformations (notamment en chimie) étant isobares ou
monobares, on souhaite disposer d’une fonction d’état dont la variation serait égale au transfert
thermique pour ce type de transformations. On définit pour cela l’enthalpie d’un système.
L’enthalpie d’un système à la pression P , de volume V et d’énergie interne U , est la fonction
d’état extensive définie par :
H = U + P V (en joules)
Définition : Enthalpie
Pour un corps pur, H est fonction de la température T et de la pression P .
Lors d’une transformation monobare :
W IF = −P ext (V F − V I ). Par ailleurs, P I = P F = P ext donc W IF = −(P F V F − P I V I ). D’où
Q IF = Q P = ΔU IF − W IF = (U F + P F V F ) − (U I + P I V I ) = ΔH IF . Ce résultat s’applique aussi à
une transformation isobare, qui est un cas particulier de transformation monobare.
partagelivrescpge.blogspot.com
Échanges d’énergie – Premier principe
Dans le cas où le système subit une variation d’énergie mécanique ΔE mIF (énergies cinétique
et potentielle macroscopiques), le premier principe de la thermodynamique s’écrit :
ΔU IF + ΔE mIF = ΔU IF + ΔE cIF + ΔE pIF = W IF + Q IF
Expression du premier principe dans le cas général
Déterminons maintenant le transfert thermique dans nos trois expériences : Q IF = ΔU IF − W IF .
Modélisation
W IF
ΔU IF
Q IF
Expérience 1 adiabatique
W AB = 60 kJ
ΔU AB = 60 kJ
Q AB = 0
Expérience 2
isochore
W AC = 0
ΔU AC = 295 kJ Q AC = 295 kJ
Expérience 3
isobare
W AD = −92 kJ ΔU AD = 295 kJ Q AD = 387 kJ
On vérifie avec les expériences 2 et 3 qu’une même variation d’énergie interne peut être
obtenue avec des valeurs de travail et de transfert thermique différentes.
• Déterminer la variation d’énergie interne au cours de la transformation, connaissant la
fonction d’état U , l’état initial et l’état final.
• Calculer le travail reçu par le système au cours de la transformation, connaissant la
nature de celle-ci (Méthode 17.1).
• Appliquer le premier principe de la thermodynamique pour en déduire le transfert
thermique : Q IF = ΔU IF − W IF .
Méthode 17.2 : Calcul du transfert thermique au cours d’une transformation
Exercice (17.3)
3 Enthalpie – Transformations monobares ou isobares
On a vu que le transfert thermique est égal à la variation d’énergie interne lorsque la transformation est isochore. Un grand nombre de transformations (notamment en chimie) étant isobares ou
monobares, on souhaite disposer d’une fonction d’état dont la variation serait égale au transfert
thermique pour ce type de transformations. On définit pour cela l’enthalpie d’un système.
L’enthalpie d’un système à la pression P , de volume V et d’énergie interne U , est la fonction
d’état extensive définie par :
H = U + P V (en joules)
Définition : Enthalpie
Pour un corps pur, H est fonction de la température T et de la pression P .
Lors d’une transformation monobare :
W IF = −P ext (V F − V I ). Par ailleurs, P I = P F = P ext donc W IF = −(P F V F − P I V I ). D’où
Q IF = Q P = ΔU IF − W IF = (U F + P F V F ) − (U I + P I V I ) = ΔH IF . Ce résultat s’applique aussi à
une transformation isobare, qui est un cas particulier de transformation monobare.
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