3
Premier principe
de la thermodynamique.
Bilans d’énergie
ESSENTIEL
227
©Hachette Livre, H-Prépa Exercices et problèmes, Physique, MPSI-PCSI-PTSI
La photocopie non autorisée est un délit.
LES OBJECTIFS
• Notion d’énergie interne.
• Échanges d’énergie par travail et par transfert
thermique.
• Bilan énergétique pour un système fermé.
• Bilan d’énergie dans le cas de la détente de JouleThomson.
• Expression du travail reçu par un fluide.
• Loi de LAPLACE pour une évolution adiabatique et
quasistatique.
LES PRÉREQUIS
• Mécanique : travail d’une force, énergie cinétique,
énergie potentielle.
• Notion de pression.
• Équation d’état d’un gaz parfait.
• Propriétés d’une phase condensée idéale.
LES OUTILS MATHÉMATIQUES
• Développements limités ou développement de
Taylor à l’ordre 1.
• Équation différentielle d’ordre 1.
• Notion de dérivée partielle d’une fonction de
plusieurs variables.
Vocabulaire
On parle :
• d’un système isolé, lorsqu’il n’échange ni matière, ni énergie avec le milieu extérieur ;
• d’un système fermé, lorsqu’il n’échange pas de matière avec le milieu extérieur ;
• d’un système ouvert, dans les autres cas.
Énergie d’un système thermodynamique
• Énergie interne
L’énergie interne U d’un système (S) est la somme de son énergie cinétique d’agitation Kagitation et
de son énergie potentielle interne Pint .
U = Kagitation + Pint .
L’énergie interne est une grandeur extensive : si (S 1 ) et (S 2 ) sont deux systèmes disjoints, l’énergie
interne U S1 S2 du système (S 1 S 2 ) est la somme des énergies internes de (S 1 ) U S 1 et (S 2 ) U S 2 :
U S 1
S 2
= U S 1 + U S 2 .