C’est quoi l’énergie interne ?
Quand tu gonfles un pneu de vélo avec une pompe, le corps de la pompe chauffe. Pourtant, personne ne l’a mise sur une flamme. Comprimer un gaz le réchauffe, comme le chauffer directement : deux chemins pour la même chose.
Un bilan chiffré
Une casserole d’eau reçoit Q = 50 000 J de la plaque, sans qu’on la remue : W = 0. Son énergie interne augmente de 50 000 J, et sa température monte.
Un gaz enfermé dans un cylindre reçoit un travail W = 200 J quand on enfonce le piston, et perd Q = −80 J par les parois. ΔU = 200 − 80 = 120 J : le gaz s’échauffe.
Pour un solide ou un liquide, on relie la variation d’énergie interne à la température : ΔU = m × c × ΔT, avec c la capacité thermique massique.
L’essentiel à retenir
L’énergie interne U d’un système est l’énergie stockée à l’échelle microscopique (agitation et interactions des particules). Le premier principe dit qu’elle varie de la somme des énergies reçues.
ΔU = W + Q — W : travail reçu — Q : transfert thermique reçu — comptés positivement s’ils sont reçus
Le piège à éviter
Beaucoup croient que seul le chauffage augmente l’énergie interne. Le travail (comprimer, frotter, agiter) le fait aussi. Inversement, un gaz qui se détend en poussant un piston fournit du travail et refroidit : c’est le principe des bombes aérosols qui deviennent froides.
À quoi ça sert ?
Le premier principe est le bilan d’énergie de tous les moteurs thermiques, réfrigérateurs, pompes à chaleur et climatiseurs. Il explique aussi le moteur diesel, où l’air comprimé devient assez chaud pour enflammer le carburant sans bougie.
Questions fréquentes
Que dit le premier principe de la thermodynamique ?
La variation d’énergie interne d’un système est égale à la somme du travail et du transfert thermique reçus : ΔU = W + Q.
Quelle est l’unité de l’énergie interne ?
Le joule (J).
Pourquoi une pompe à vélo chauffe-t-elle ?
Le travail de compression augmente l’énergie interne de l’air, donc sa température.
Un signe négatif pour Q, ça veut dire quoi ?
Que le système cède de la chaleur à l’extérieur.
Pour aller plus loin
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