Énergie interne, température, capacité thermique massique

1°) Énergie interne

1.1) Définition

L’énergie interne d’un système (notée U) correspond à l’ensemble des formes d’énergie présentes au sein d’un système et est liée à sa structure microscopique.

Elle est due principalement aux interactions existant entre les particules et à l’énergie cinétique des particules qui constituent le système.

Elle s’exprime en Joule ( J)

1.2) Température ( voir activités)

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

Principales échelles de température :

• Température absolue (T) : elle s’exprime en Kelvin (K) et est proportionnelle à la vitesse d’agitation des particules,
• température Celsius (thêta) : elle s’exprime en °Celsius (°C) et est définit en choisissant arbitrairement à pression atmosphérique thêta =0°C pour la température de fusion de la glace et thêta = 100°C pour la température d’ébullition de l’eau.

Passage de l’une à l’autre : thêta(°C) = T (K) - 273,15

1.3) Échauffement d’un système(solide ou liquide)

Lors du chauffage d’un système, on augmente l’agitation thermique de ce dernier et par conséquent son énergie interne.

L’énergie thermique ou quantité de chaleur notée Q qu’il reçoit, correspond à la variation de son énergie interne.

Q = Delta U

1.4) Capacité thermique massique (voir TP)

La capacité thermique massique notée c, est déterminée par la quantité d’énergie à apporter par transfert thermique ( échange de chaleur) pour élever d’un kelvin la température de l’unité de masse d’une substance.

L’unité (J·kg-1·K-1)

Q = Delta U = m.c.DeltaT = m.c.( Tf -Ti)

masse m en kg, c en J.kg-1.K-1, variation de température DT en K