Cours de tleS sur le système et énergie interne – Terminale
L’énergie interne est une grandeur énergétique globale, pour bien comprendre cette notion, il est conseillé de réviser le chapitre relatif aux grandeurs énergétiques en mécanique.
Les objectifs de ce chapitre : Introduire la notion d’énergie interne : indiquer à quoi elle correspond à l’échelle microscopique. Faire le lien entre l’agitation thermique et la température. Voir comment l’énergie interne d’un système physique peut varier.
Energie interne
Système thermodynamique :
Un système thermodynamique est un ensemble pouvant contenir un très grand nombre d’objet, délimité dans l’espace par une frontière.
Les systèmes les plus simples à étudier sont ceux constitués d’un seul type d’objets : les électrons d’un gaz, les atomes d’une mole d’hélium, les gouttelettes d’eau d’un nuage de vapeur d’eau, les atomes d’un barreau de fer.
En thermodynamique, on renonce à la description individuelle de chaque objet (vitesse, position, forces d’interaction avec ses voisins) au profit d’une description globale du système. Ainsi, on construit des grandeurs macroscopiques et on établit des lois générales d’évolution de ces grandeurs.
Energie interne:
L’énergie interne U d’un système est la somme des énergies microscopiques. Elle comprend les énergies cinétiques individuelles des objets dans le référentiel du système, des énergies potentielles d’interaction entre les objets et d’éventuelles autres énergies individuelles : l’énergie de masse des objets, par exemple. Elle s’exprime en joules de symbole J.
L’énergie totale est la somme des énergies macroscopiques et microscopiques.
Energie interne et température
Température absolue:
La température absolue T d’un système est reliée à l’agitation microscopique des constituants.
Elle s’exprime en kelvins, de symbole K.
La température Ɵ en degrés Celsius et la température T en kelvins sont reliées par :
Capacité thermique:
Un corps condensé est un système thermodynamique fermé incompressible. Son volume est donc constant. Il est dans l’état solide ou liquide.
Lorsque la température d’un corps condensé varie de dT, son énergie interne varie proportionnellement de :
C : est la capacité thermique du corps, elle s’exprime en joules par kelvins (J.K-1).
Si C ne dépend pas de la température T, alors les variations sont proportionnelles :
