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Variation de l'énerge interne d'un système

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Énergie interne

L’énergie mécanique

  • Un système macroscopiquement au repos a une énergie mécanique EmE_\text{m} nulle, car :
  • son énergie cinétique macroscopique Ec, macro=12mv2E_{\text{c,\ macro}} =\dfrac 1 2 mv^2 est nulle ;
  • son énergie potentielle macroscopique Ep, macroE_\text{p,\ macro} est également nulle.
  • Mais ce système possède une énergie d’origine microscopique appelée énergie interne UU.

L’énergie interne

  • L’énergie cinétique de nature microscopique Ec, microE_{\text{c,\ micro}}, liée à l’état d’agitation des particules, est la somme de l’énergie cinétique de chaque particule composant le système.
  • L’état d’agitation des particules donne naissance à l’énergie potentielle d’interaction Ep, microE_{\text{p,\ micro}}.
  • L’énergie potentielle d’interaction est importante dans les systèmes dits incompressibles, due à la proximité des particules entre elles, et relativement faible dans les gaz.
  • L’énergie interne UU d’un système est liée à la fois au mouvement des particules qu’il contient, mais aussi aux interactions qu’elles peuvent avoir les unes avec les autres.

U=Ec, micro+Ep, microU = E{\text{c,\ micro}}+ E{\text{p,\ micro}}

  • Un système thermodynamique est macroscopiquement au repos, lorsque son énergie cinétique macroscopique et son énergie potentielle macroscopique ne varient pas au courant du temps. Seule son énergie interne peut varier.

Variations d’énergie interne

  • À tout système thermodynamique, on peut associer une énergie totale EE. Cette énergie est la somme de l'énergie mécanique macroscopique EmE_\text{m} et de l'énergie interne UU du système :

E=Em+UE = E_\text{m} + U

  • D’origine microscopique, l’énergie interne UU ne peut être mesurée, mais nous pouvons en calculer des variations.
  • En thermodynamique, on ne considère que des systèmes où l’énergie de nature macroscopique est constante ou nulle, ce qui implique ΔEm=0\Delta E_{\text{m}} = 0.
  • La variation d’énergie totale est alors égale à la variation d’énergie interne du système :

ΔE=ΔU\Delta E=\Delta U

Variations d’énergie interne dans le cas des systèmes incompressibles

  • En thermodynamique, les phases condensées (liquides et solides) sont considérées comme incompressibles et indilatables. Les fluides incompressibles ne voient pas leur volume diminuer lors d’une compression.
  • En considérant un système incompressible de masse mm et de capacité thermique massique cmc_m. On admet que la variation d’énergie interne ΔU\Delta U de ce système ne dépend que de la variation de la température TT entre l’état initial et l’état final.
  • La variation d’énergie interne ΔU\Delta U d’un système incompressible s’exprime de la manière suivante :

ΔU=mcmΔT\Delta U= m c_m \Delta T Avec :

  • ΔU\Delta U la variation d’énergie interne du système en J\text{J} ;
  • mm la masse du matériau en kg\text{kg} ;
  • cmc_m la capacité thermique massique du matériau en Jkg1K1\text{J}\cdot \text{kg}^{-1}\cdot \text{K}^{-1} ;
  • ΔT\Delta T la variation de température en K\text{K}.