Menu

Thermodynamique.
Transformation de l'énergie

Énergie thermique I de combustion.
Effets de la thermodynamique

Entropie

Énergie interne

Énergie interne

En thermodynamique,  l'  énergie interne est l'énergie totale qu'un système thermodynamique contient. C'est l'énergie qui est nécessaire pour créer le système.

Selon cette définition, il est exclu:

  • l'énergie pour déplacer l'environnement du système
  • toute énergie liée aux champs de force externes (énergie potentielle, énergie gravitationnelle, etc.)
  • toute énergie associée au mouvement (par exemple, l' énergie cinétique).

L'énergie interne d'un système peut être modifiée en y travaillant ou en le chauffant (apportant de l' énergie thermique).

La première loi de la thermodynamique postule que l'augmentation de l'énergie interne est égale à la chaleur totale ajoutée plus le travail effectué par l'environnement. Selon ce principe de thermodynamique: si le système est isolé, son énergie interne reste constante.

L'énergie interne est une fonction d'état du système, car sa valeur ne dépend que de l'état actuel du système et non du chemin choisi pour l'atteindre. C'est une vaste propriété.

Unités de mesure de l'énergie interne

L'unité de mesure, selon le système international, est juillet (J).

Parfois, une énergie interne spécifique est discutée. C'est l'énergie interne par unité de masse; son unité est J / kg. Vous pouvez également définir la propriété d'énergie molaire interne intensive, qui exprime l'énergie interne par rapport à la quantité de substance; ses unités sont J / mol.

Que sont l' énergie cinétique et l'énergie potentielle interne?

L'énergie interne est la somme de deux types d'énergie différents:

  • énergie cinétique interne.
  • l'énergie potentielle interne.

Énergie cinétique interne

L'énergie cinétique interne est la somme des énergies cinétiques de chaque élément d'un système par rapport à son centre de masse.

L'énergie cinétique interne est causée par le mouvement des particules du système (translations, rotations et vibrations).

Énergie potentielle interne

L'énergie potentielle interne est l'énergie potentielle associée à chacune des interactions de ces éléments.

L'énergie potentielle interne est associée aux constituants statiques de la matière, l'énergie électrostatique des atomes à l'intérieur des molécules ou des cristaux, et comprend également l'énergie statique des liaisons chimiques.

Énergie interne du gaz idéal

La thermodynamique utilise souvent le concept du gaz idéal. Il s'agit d'une approximation des systèmes réels utilisés à des fins éducatives.

Le gaz idéal est un gaz de particules considéré comme des objets ponctuels qui n'interagissent que par des collisions élastiques. Ils remplissent un volume tel que leur course libre moyenne entre les collisions soit beaucoup plus grande que leur diamètre. Ces systèmes sont approximés par les gaz monatomiques, l'hélium et les autres gaz nobles. Ici, l'énergie cinétique se compose uniquement de l'énergie de translation des atomes individuels. Les particules monoatomiques ne tournent ni ne vibrent et ne sont pas excitées électroniquement à des énergies plus élevées, sauf à des températures très élevées.

Par conséquent, les changements d'énergie interne dans un gaz idéal ne peuvent être décrits que par des changements de son énergie cinétique. L'énergie cinétique est simplement l'énergie interne du gaz parfait et dépend entièrement de sa pression, de son volume et de sa température thermodynamique.

L'énergie interne d'un gaz idéal est proportionnelle à sa masse (nombre de moles) et sa température T

U = c · n · T

où c est la chaleur spécifique sans dimension à volume constant du gaz. L'énergie interne peut être écrite en fonction des trois propriétés étendues S, V, n (entropie, volume, masse) comme suit.

Énergie interne en fonction de l'entropie, du volume et de la masse

où const est une constante positive arbitraire et où R est la constante de gaz universelle.

Comment l'énergie interne est-elle mesurée?

La mesure directe n'est pas possible.

Variation de l'énergie interne

Par contre, sa variation peut être mesurée. Ce changement peut être trouvé en mesurant l' énergie thermique, l'énergie lumineuse ou des énergies similaires transmises des limites de l'énergie interne à l'environnement, ou en calculant la quantité de travail effectuée par le système ou le travail effectué sur le système.

La variation de l'énergie interne est exprimée par ΔU.

  • Un système d'énergie d'absorption se produit lors d'une augmentation de l'énergie domestique. L'énergie interne peut être augmentée en effectuant des travaux sur le système.
  • L'énergie interne diminue lorsque le système émet de l'énergie ou fonctionne.

Changements dans l'énergie thermique d'un système thermodynamique

Le système n'a pas réellement d'énergie thermique. Il est transféré au milieu sous forme d'énergie thermique. Dans les cas où un changement de l'énergie interne du système se produit en raison du transfert d'énergie thermique, une très petite partie change.

Lorsqu'un système thermodynamique transfère de l'énergie thermique à un autre système, en plus de faire varier l'énergie interne, les deux systèmes peuvent subir des altérations dans d'autres de leurs variables d'état:

  • La pression.
  • Le volume.
  • La température.
  • L'enthalpie.
  • Entropie.
  • ...
Auteur :

Date de publication : 4 avril 2017
Dernier examen : 3 mai 2020