Bilans d’énergie Annexe 2 Page 1 sur 2
Thermodynamique T14.A2 © Isa 2020
Résumé des principes et résultats
Faire le bilan d’énergie d’un système c’est comparer la variation de son énergie totale avec ses échanges d’énergie sous forme de travail et de chaleur pendant une transformation.
I. Énergie totale
L’énergie totale d’un système est la somme de toutes les formes d’énergie qu’il possède. Les termes globaux comportent une énergie cinétique et une énergie potentielle globales. La somme des termes moléculaires est appelée énergie interne et notée U.
II. Principe de conservation de l’énergie totale
Au cours d’une évolution quelconque l’énergie totale d’un système est une grandeur conservative :
Le terme Ep peut éventuellement être la somme de plusieurs formes d’énergie potentielle, de pesanteur, élastique, électrostatique…
Au cours d’une évolution, il n’y a ni création ni destruction d’énergie mais uniquement des transformations d’énergie d’une forme à une autre.
III. Extensivité de l’énergie totale
L’énergie cinétique est extensive.
D’un point de vue général, l’énergie interne ne l’est pas. En effet, la somme des énergies potentielles d’interaction entre deux particules (atomes, molécules, ions) ne prend pas en compte les interactions entre particules appartenant à deux systèmes différents :
Mais dans le cas des systèmes thermodynamiques usuels le troisième terme est négligeable. Alors l’énergie interne est extensive :
L’extensivité de l’énergie totale découle de celle de l’énergie mécanique et de l’énergie interne. Or l’énergie totale du système {SI} se conserve puisqu’il est isolé :
L’énergie reçue sous forme de travail ou de chaleur par le système lui est cédée par son milieu extérieur. Et réciproquement.
IV. Le premier principe de la Thermodynamique
La convention thermodynamique adopte le point de vue du système : Lorsque celui-ci reçoit effectivement de l’énergie sous forme de travail ou de chaleur, leurs valeurs W ou Q sont positives ; dans le cas contraire elles sont négatives. La variation d’énergie totale d’un système non isolé s’écrit alors :
ET = EKglobale+Epglobale
Energie globale Eglobale
! ## " ## $
+EKtranslation+EKrotation+EKvibration+Epvibration+EpVanDerWaals Termes moléculaires Energie interne U! ######### # " ########## $
ET =EK +Ep+U=constante pour un système isolé
U(ΣI)
Leur réunion, isolée
!
= U(Σ )Système étudié
!
+ U(ΣME)Son milieu extérieur
!"#
+U(interactions entre particules de Σet ΣME)U(ΣI)=U(Σ)+U(ΣME)
ΔET(ΣI)=0 soit par extensivité ΔET(Σ)+ΔET(ΣME)=0
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Pour un système dont l’énergie interne est la seule forme d’énergie variant au cours d’une transformation le premier principe de la Thermodynamique s’écrit :
Au cours de l’expérience de Joule, il y a transformation de travail en énergie interne. Travail et chaleur sont deux formes d’échanges d’énergie.
V. Principe de l’état initial et de l’état final
La somme des énergies échangées lors de transformations menant un système du même état initial au même état final est toujours la même :
VI. Premier principe et irréversibilité
L’étude qualitative de l’irréversibilité montre que toutes les transformations réelles sont irréversibles. La réversibilité est un modèle non réalisable. Cet aspect des transformations n’apparaît pas dans le premier principe car il ne s’oppose pas au passage d’une variation d’énergie DET à une variation opposée - DET.
C’est pourquoi il existe un deuxième principe de la Thermodynamique ! ΔET =W +Q pour un système non isolé
ΔET =0+0=0 pour un système non isolé
ΔU =W+Q
ΔU =Uf −Ui =Wa+Qa =Wb+Qb =Wc+Qc =Wd +Qd =...
