Chaleur : mode de transferts ; énergie interne
Transfert d'énergie et énergie interne
SOURCE :Mr BOUTON,professeur au lycée du Mont-Blanc à Passy
http://montblancsciences.free.fr/
L'énergie transférée à un corps sous forme de travail peut modifier son énergie cinétique et son énergie potentielle de pesanteur. Ce transfert d'énergie peut-il engendrer d'autres modifications ?
I) Autres effets du travail :
Le travail reçu par un corps peut :
* le déformer. ex : lorsqu'on tend un arc, il se déforme ce qui modifie les interactions microscopiques entre les particules qui constituent l'arc.
Cette déformation de l'arc entraîne une mise en réserve d'énergie qui pourra être cédée à la flèche.
* élever sa température : ex : forces de frottement d'un frein sur une roue de vélo.
L'augmentation de la température traduit une plus grande agitation microscopique (donc une augmentation de l'énergie cinétique microscopique ).
* le faire changer d'état : ex : Le travail des forces de frottement des skis sur la neige entraîne la fusion de la neige, donc une modification des interactions microscopiques.
Dans les 3 cas, l'énergie reçue par le corps sous forme de travail à modifier les interactions microscopiques entre les particules.
Comme à l'échelle macroscopique, on peut définir à l'échelle microscopique une énergie cinétique due à l'agitation des particules et une énergie potentielle d'interaction due aux positions des particules en interaction.
Cette énergie microscopique d'origine cinétique et potentielle est appelée énergie interne du système, notée U.
L'énergie transférée à un corps sous forme de travail peut modifier son énergie interne.
II) Transfert thermique :
1) Effets d'un transfert thermique :
Exemple : On chauffe de l'eau, sa température augmente puis lorsqu'on atteint , il y a changement d'état.
L'augmentation de la température de l'eau et son changement d'état entraînent une modification de l'énergie interne.
Cette variation d'énergie interne est due à un transfert d'énergie appelé transfert thermique ( ou chaleur) et noté Q ( en Joule)
Si le système reçoit de l’énergie, Q > 0. Si le système perd de l’énergie, Q < 0.
2) Comment s'effectue un transfert thermique ?
Il s'effectue toujours du corps le plus chaud vers le corps le plus froid, jusqu'à atteindre l'équilibre thermique.
Ce transfert peut se faire par :
conduction : la conduction est un mode de transfert thermique qui s'effectue sans transport de matière
* convection : déplacement sous forme de courant (air chaud : il s'élève au dessus de la source chaude).
La convection est un mode de transfert qui s'effectue avec transport de matière.
* rayonnement : ex : les ondes électromagnétiques émises par le soleil chauffent transfert d'énergie s'appelle rayonnement.
3) Comment évaluer un transfert thermique ?
* transfert sans changement d'état :
Q = m . C . ( θf - θi )
avec Q en J (Joule) ; m : masse en kg ; C : capacité thermique massique en J.kg-1.°C-1 ;
θf et θi : températures finale et initiale en degré Celsius (°C)
* transfert avec changement d'état :
Le changement d'état s'effectue sans variation de température .
Q = m. L
avec Q ( J) ; m masse (kg) et L : chaleur latente massique de changement d'état ( J.kg-1)
III ) L'énergie du système :
A tout système, on associe son énergie E telle que : E = Ec + Epp + U
Si le système n'échange pas d'énergie avec l'extérieur, il est isolé et E est constante.
Soit W l'énergie transférée à un système sous forme de travail des forces extérieures et
Q l'énergie transférée sous forme thermique. Ces grandeurs sont algébriques.
La variation de l'énergie interne ΔU dépend de l'énergie transférée W par travail et de celle transférée sous forme thermique Q .
⇒ ΔU = W + Q
Application : voir dans exercices sur exercices calorimetries