Premier principe de la thermodynamique

Dans cette vidéo, nous allons parler du premier principe de la thermodynamique qui a la particularité de se présenter sous deux versions : une forme complète et une forme simplifiée.

Version complète du principe premier de thermodynamique

En thermodynamique, on commence toujours par définir un système :

Soit un système ∑.

Soit E son énergie totale à un instant donné.

Cette énergie totale est composée de deux parties : l'énergie macroscopique et l'énergie microscopique (aussi appelée l'énergie interne et notée U).

E = E_c macro + E_p macro + E_c micro + E_p micro

L'énergie cinétique macroscopique (E_c macro) est liée à la vitesse globale du système. Par exemple, une voiture qui roule à 130 km/h. L'énergie potentielle macroscopique (E_p macro), c'est par exemple, l'énergie de la même voiture en altitude (énergie potentielle gravitationnelle). L'énergie cinétique microscopique (E_c micro) est liée aux particules qui composent le système (chaque molécule qui compose la voiture peut avoir une certaine vitesse). Quant à l'énergie potentielle microscopique (E_p micro), elle est liée aux interactions des particules microscopiques entre elles. Pour exprimer la variation, en physique, on utilise la notation Δ.

 ΔE = E finale - E initiale 

La variation d'énergie totale est égale à l'énergie totale initiale - l'énergie totale finale. C'est une transformation du système d'un état initial à l'état final qui peut se noter :

 ΔE = ΔE macro + ΔU 

C'est le premier principe de thermodynamique :

  ΔE = Q + W

La variation d'énergie totale est égale à la chaleur reçue par le système (Q exprimé en Joule) + le travail mécanique, chimique ou électrique reçu par le système (W). 

Remarque : Q peut être positif ou négatif. Si Q > 0, le système reçoit de la chaleur (transformation endothermique). Si Q < 0 le système libère de la chaleur (transformation exothermique). La remarque fonctionne également avec le travail W qui peut être reçu ou libéré par le système selon son signe. Très souvent, en Terminale, la valeur de W dans les exercices qui te seront donnés sera égale à 0 (pas de transformation mécanique).

Version allégée du principe premier de thermodynamique

Le principe premier allégé de thermodynamique s'applique lorsque l'énergie cinétique macroscopique et l'énergie potentielle macroscopique ne varient pas pendant la transformation. C'est une situation qu'on retrouve très souvent en chimie : un bécher posé sur une plaque chauffante, par exemple, reste immobile. Si l'énergie macroscopique totale est égale à 0, on peut donc simplifier la variation en :

ΔE = ΔU 

La nouvelle notation allégée du principe premier sera alors :

  ΔU = Q + W