Energie interne - 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 ( l’énergie d’interaction potentielle) 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 (θ) : elle s’exprime en °Celsius (°C) et est définit en choisissant arbitrairement à pression atmosphérique θ =0°C pour la température de fusion de la glace et θ = 100°C pour la température d’ébullition de l’eau.

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

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

Lors du chauffage (refroidissement) d’un système, on augmente (diminue) 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 = Δ U

Animation pour illustrer :

https://phet.colorado.edu/sims/html/states-of-matter-basics/latest/states-of-matter-basics_en.html

Transfert thermique :

Différents types de transfert thermique :

1.4) Capacité thermique massique

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 = Δ U = m.c.ΔT = m.c.( Tf -Ti)

masse m en kg, c en J.kg^-1·K^-1, variation de température Δ T en K

Pour vous tester :

Animation suivante : https://www.pccl.fr/physique_chimie_college_lycee/lycee/seconde/pression_temperature_gaz_parfait_kelvin.htm

1.5) Énergie massique de changement d’état

L’énergie massique de changement d’état ou chaleur latente d’une masse ou d’une quantité de matière est la quantité d’énergie qu’il faut lui communiquer pour qu’elle passe de l’état initial (solide, liquide ou gazeux) à un autre état.

avec Q en Joule (J), masse m en (kg) et L chaleur latente de fusion ou de vaporisation en (J.kg^-1).

Cours :

TD :