Transferts thermiques

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:
Ec = Ec2 - Ec1 =>
Ec = 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:
Ec = Ec2 - Ec1 =>
Ec = 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.
Autres exemples:
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•
Disques de freins de voiture: le freinage provoque un échauffement.
Expérience de Tyndall: le travail des forces peut provoquer un changement d'état physique.
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:
•
•
Aux interactions existant entre les particules qui constituent le système.
A l'énergie cinétique des particules qui constituent le système.
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: E = Ec + Epp + U.
Le principe de conservation de l'énergie s'écrit: E=W =>
Ec + Epp+ U = W
Ec=0
Si
alors
U=W
Epp=0
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:
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•
Son énergie cinétique Ec.
Son énergie potentielle de pesanteur Ep.
Son énergie interne U.
E = Ec + Ep + U
2. Système isolé
Définition: Un système isolé du point de vue énergétique est un système dont l'énergie ne varie pas: E=0. Pour
un système isolé, on peut écrire:
E = 0 => Ec + Ep + U = 0
3. Transfert d'énergie
Lorsqu'un sytème échange de l'énergie avec le milieu extérieur, sa variation d'énergie peut s'écrire:
E = Ec + Ep + U
Si Ec et Ep ne varient pas (vitesse et altitude constante par exemple), E = U.
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Si le transfert s'effectue par travail W, alors E=W.
Si le transfert s'effectue par chaleur et rayonnement Q, alors E=Q.
Si le transfert s'effectue par travail, chaleur et rayonnement, alors E = W + Q.