Le travail et la pression
Le travail est une des manifestations de l’énergie. On augmente l’énergie d’un système
en lui transférant du travail. En retour, le système pourra abaisser son énergie en fournissant du travail. Une différence importante est à noter entre les deux manifestations
de l’énergie que sont la chaleur et le travail. La chaleur est reliée au mouvement désordonné des espèces chimiques du système. C ’est pour cette raison que la chaleur est
associée à la notion de désordre. Dans le cas d’un transfert de travail, le mouvement des
espèces est nécessairement organisé. Ainsi, la détente d ’un gaz comprimé s’effectue par
un mouvement coopératif d’espèces qui vont agir sur le piston (par des chocs) et dont
le mouvement ou une composante du mouvement va nécessairement dans le sens du
déplacement du piston. Le travail est donc associé à la notion d’ordre.
1. Introduction
Le travail d’une force F (le caractère gras signifie que c’est une grandeur vectorielle,
avec le module du vecteur qui représente l’amplitude de la force et la direction du vecteur qui indique la direction d’application de la force) noté w et exprimé en joules, est
l’énergie fournie ou absorbée par cette force lorsque son point d’application se déplace
d’une distance / :
w = Fl (joule = N ■ m)
T J
O
c
D
û
«JD
t H
O
CM
(y)
CT
>C L
O
U
Avec Fl = Fl cos(F,/), le produit scalaire des vecteurs force et déplacement car seule
la composante de la force parallèle au déplacement est responsable du travail.
Une masse m soumise à une force F subit une accélération y, et nous avons F = my.
Pour un déplacement élémentaire d/, la force fournit un travail :
ôvy =Fdl = m
f l
< y
vd( = d — mv
= d (énergie cinétique)
l ^
)
où y est la vitesse avec y = dv/dt.
Ainsi, le travail dû à l’action de la force s’exprime par l’énergie cinétique.
Le système va fournir un travail lorsqu’il effectue un déplacement contre une force
opposée (détente d’un gaz qui soulève un piston). En conséquence, l’énergie interne
du système diminue. Quand on comprime un gaz constituant le système, en exerçant
une force, on augmente l’énergie du système et donc son aptitude à produire un travail
ultérieurement lors de la détente. Notons que lors de la compression du gaz par le piston
et du transfert de travail qui en résulte, des molécules du gaz, précédemment animées
d ’un mouvement aléatoire sont amenées à se déplacer dans la direction de déplacement
du piston, donc c ’est un effet d’ordre. L’ordre apporté va ultérieurement se dégrader par
agitation thermique à cause des chocs entre particules. Une pompe à vélo s’échauffe.
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Le travail est une des manifestations de l’énergie. On augmente l’énergie d’un système
en lui transférant du travail. En retour, le système pourra abaisser son énergie en fournissant du travail. Une différence importante est à noter entre les deux manifestations
de l’énergie que sont la chaleur et le travail. La chaleur est reliée au mouvement désordonné des espèces chimiques du système. C ’est pour cette raison que la chaleur est
associée à la notion de désordre. Dans le cas d’un transfert de travail, le mouvement des
espèces est nécessairement organisé. Ainsi, la détente d ’un gaz comprimé s’effectue par
un mouvement coopératif d’espèces qui vont agir sur le piston (par des chocs) et dont
le mouvement ou une composante du mouvement va nécessairement dans le sens du
déplacement du piston. Le travail est donc associé à la notion d’ordre.
1. Introduction
Le travail d’une force F (le caractère gras signifie que c’est une grandeur vectorielle,
avec le module du vecteur qui représente l’amplitude de la force et la direction du vecteur qui indique la direction d’application de la force) noté w et exprimé en joules, est
l’énergie fournie ou absorbée par cette force lorsque son point d’application se déplace
d’une distance / :
w = Fl (joule = N ■ m)
T J
O
c
D
û
«JD
t H
O
CM
(y)
CT
>C L
O
U
Avec Fl = Fl cos(F,/), le produit scalaire des vecteurs force et déplacement car seule
la composante de la force parallèle au déplacement est responsable du travail.
Une masse m soumise à une force F subit une accélération y, et nous avons F = my.
Pour un déplacement élémentaire d/, la force fournit un travail :
ôvy =Fdl = m
f l
< y
vd( = d — mv
= d (énergie cinétique)
l ^
)
où y est la vitesse avec y = dv/dt.
Ainsi, le travail dû à l’action de la force s’exprime par l’énergie cinétique.
Le système va fournir un travail lorsqu’il effectue un déplacement contre une force
opposée (détente d’un gaz qui soulève un piston). En conséquence, l’énergie interne
du système diminue. Quand on comprime un gaz constituant le système, en exerçant
une force, on augmente l’énergie du système et donc son aptitude à produire un travail
ultérieurement lors de la détente. Notons que lors de la compression du gaz par le piston
et du transfert de travail qui en résulte, des molécules du gaz, précédemment animées
d ’un mouvement aléatoire sont amenées à se déplacer dans la direction de déplacement
du piston, donc c ’est un effet d’ordre. L’ordre apporté va ultérieurement se dégrader par
agitation thermique à cause des chocs entre particules. Une pompe à vélo s’échauffe.
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