ÉCHANGES D’ÉNERGIE

ÉCHANGES D’ÉNERGIE

Premières notions sur travail et chaleur

Plan

• Aspects généraux des échanges d’énergie

• Aspects généraux du travail d’une force

• Aspects généraux des échanges thermiques

Aspects généraux des échanges d’énergie

• Avant James Prescott Joule, au 18

siècle

• Deux modèles de la chaleur : fluide ou mouvement, unité la calorie

• Travail, unité un ancêtre du joule

• Expérience de James Prescott Joule

• Classification, unité du système international

• Échanges d’énergie, unité S.I. le joule J

• Sous forme de travail, symbole W

• Sous forme thermique, symbole Q

Aspects généraux du travail d’une force

• La notion de travail

• Le cas simple et Trois cas particuliers

W_AB( !

F)= ! F⋅ AB"!"

= F.AB.cosθ

Suite, travail d’une force

• Le joule et les unités du système international

1 J = 1 kg.m².s^-2

• Exercice

W_A→B(!

F_op)= ! F_op." !AB"

Aspects généraux des échanges thermiques

• Les modes d’échanges thermiques

• Les effets des échanges thermiques

Suite, échanges thermiques

• Température et chaleur

• Cas des changements de température

• Cas des changements d’état des corps purs

{Σ} à la température T_i Transformation T : changement de température

⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→{Σ} à la température T_f

Corps pur

dans un des états de la matière

⎧ ⎨

⎩

Transformation changement d'état : isotherme, isobare, réversible

⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ Corps pur

dans un autre état de la matière

⎧ ⎨

⎩

Sans Avec

changement d’état Quand un système

reçoit de l’énergie sous forme de chaleur

sa température

augmente reste constante ou croît

cède de l’énergie sous forme de chaleur diminue reste constante ou décroît

Suite, cas des changements de température

• Description du problème

Considérons un plat allant au four (pour les besoins de cette étude, il est malheureusement vide). Nous

cherchons à calculer la quantité de chaleur, notée q, nécessaire pour élever sa température de 20°C à 100°C.

L’élévation de température vaut DT = 80°C. Quelles sont les grandeurs qui interviennent dans ce calcul ?

• Définition de la capacité thermique moyenne

• Chauffage, refroidissement

•

Q_T =C_T (T_f −T_i) = C_T ΔT

Suite, cas des changements de température

• Capacité thermique et unités du système international

J.K^-1

• Discussion

La capacité thermique définie ci-dessus est une capacité thermique moyenne du système étudié entre deux températures données et dans la transformation considérée.

• Exercice d’application

Chauffage d’une masse d’eau de 25°C à 100°C.

Suite, cas des changements d’état des corps purs

• Nomenclature des changements d’état d’un corps pur

• Courbe de température au cours du refroidissement d’un corps pur

• Description du changement d’état de l’acide éthanoïque pur

Suite, cas des changements d’état des corps purs

• Températures de changement d’état d’un corps pur

Températures de fusion, de vaporisation, de sublimation

• Chaleurs latentes massiques de changement d’état d’un corps pur

Une masse m de corps pur subit un changement d’état réversible, isotherme et isobare. Elle reçoit ou cède :

• Exercice d’application

Vaporisation d’une masse d’eau

m Lchangement d'état = m hchangement d'état