Transferts thermiques
 

I. Autres effets du travail d'une force

1. Déformation d'un ressort

Examinons l'exemple suivant: on allonge un ressort en tirant sur son extrémité.

  

 

La variation d'énergie cinétique du ressort est:

  

 

 

DEc = Ec2 - Ec1

  =>  

DEc = 0 car Ec2 = Ec1 = 0

Pourtant le travail de la force n'est pas nul. Le ressort a emmagasiné de l'énergie sous une autre forme que l'énergie cinétique ou que l'énergie potentielle de pesanteur. On dit que le travail de la force a été utilisé pour augmenter l'énergie interne du ressort.

2. Compression d'un gaz

Dans l'exemple ci-contre, on comprime un gaz en appuyant sur une piston mobile.

La variation d'énergie cinétique du gaz est:

  

 

 

DEc = Ec2 - Ec1

  =>  

DEc = 0 car Ec2 = Ec1 = 0

Pourtant le travail de la force n'est pas nul. Le gaz a emmagasiné de l'énergie sous une autre forme que l'énergie cinétique (ou que l'énergie potentielle de pesanteur). On dit que le travail de la force a été utilisé pour augmenter l'énergie interne du gaz.

3. Elévation de température

Voici un autre exemple où l'on provoque l'échauffement d'une masse d'eau en tournant une manivelle.

Lorsqu'on tourne la tige, on observe une augmentation de la température de l'eau, mais par contre, en régime permanent, la variation d'énergie cinétique de l'eau est nulle.

Pourtant le travail des forces exercées par l'expérimentateur n'est pas nul. L'eau a emmagasiné de l'énergie sous une autre forme que l'énergie cinétique (ou que l'énergie potentielle de pesanteur). Le travail des forces exercées par l'expérimentateur a été utilisé pour augmenter l'énergie interne de l'eau, ce qui est révélé par une augmentation sa température (la température d'un corps dépend de son énergie interne).

Autres exemples:

II. Energie interne

1. Définition

On appelle énergie interne l'ensemble des formes d'énergie présentes au sein d'un système. On la note U. L'énergie interne est due en particulier:

2. Principe de conservation

Soit un système S et soit W l'énergie transférée au système par travail.
 

Par convention:

  • Si W>0, le sytème reçoit de l'énergie.
  • Si W<0, le sytème fournit de l'énergie.

L'énergie totale du système s'écrit E = Ec + Epp + U.

L'énergie échangée par le système avec l'extérieur s'écrit: DE = DEc + DEpp + DU.

Le principe de conservation de l'énergie s'écrit: DE=W  =>  DEc + DEpp+DU = W

  

 

 

 

 

Si  

DEc=0

DEpp=0

  alors  

DU = W


III. Transferts thermiques

1. Energie interne et température

La température est due à l'agitation thermique, c'est à dire à l'énergie cinétique microscopique des particules qui constituent le système.

Remarque: Si la température T augmente, alors Ecmic augmente et l'énergie interne U augmente.

2. Mécanisme du transfert thermique:

Les chocs au niveau de la zone de contact provoquent l'augmentation de l'énergie cinétique microscopique des particules du corps froid. On dit qu'il y a transfert d'énergie par "chaleur". La température du corps chaud diminue et la température du corps froid augmente.

Lorsque Tcorps chaud = Tcorps froid, les deux objets sont à l'équilibre thermique.

Remarque: Le transfert d'énergie par chaleur s'effectue toujours du corps chaud vers le corps froid.
 

IV. Transfert d'énergie par rayonnement

Le transfert d'énergie par rayonnement met en jeu la production puis l'absorption d'un rayonnement visible ou invisible de même nature que la lumière.


 

V. Energie d'un système

1. Energie totale

L'énergie totale d'un système est constituée de:

  

E = Ec + Ep + U

  • Son énergie cinétique Ec.
  • Son énergie potentielle de pesanteur Ep.
  • Son énergie interne U.

2. Système isolé

Définition: Un système isolé du point de vue énergétique est un système dont l'énergie ne varie pas: DE=0. Pour un système isolé, on peut écrire:
 

DE = 0 => DEc + DEp + DU = 0

3. Transfert d'énergie

Lorsqu'un sytème échange de l'énergie avec le milieu extérieur, sa variation d'énergie peut s'écrire:

DE = DEc + DEp + DU

Si Ec et Ep ne varient pas (vitesse et altitude constante par exemple), DE = DU.

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