Fiche de révision : Énergie interne et transferts thermiques

📋 Plan du Cours

1. Changements d’état et température
2. Énergie interne et capacité thermique
3. Transferts thermiques sans changement d’état
4. Transferts thermiques avec changement d’état

📖 1. Changements d’état et température

🔑 Notions clés & Définitions

• Changement d’état : Transformation physique au cours de laquelle un corps passe d’un état physique à un autre.
• Température : Mesure indirecte du degré d’agitation thermique microscopique des particules.

📝 Points essentiels

• Les deux échelles de température utilisées sont l’échelle Celsius et l’échelle Kelvin.

• Une température de 10 °C correspond à 283 K.

📖 2. Énergie interne et capacité thermique

🔑 Notions clés & Définitions

• Énergie interne : Somme de l’énergie cinétique microscopique et de l’énergie potentielle microscopique d’interaction des particules du corps.
• Capacité thermique massique : Énergie nécessaire pour augmenter de 1 °C la température de 1 kg de ce corps.

★ À maîtriser

• L’énergie interne d’un corps ne se mesure pas directement, mais sa variation se mesure.

Compléments

📐 Formule - L’énergie interne vérifie $U = E_c + E_p$, où $E_c$ est l’énergie cinétique microscopique et $E_p$ l’énergie potentielle microscopique d’interaction.

📐 Formule - La variation d’énergie interne est $\Delta U = U_f - U_i$.

• Chaque corps pur possède une capacité thermique massique qui lui est propre.

📖 3. Transferts thermiques sans changement d’état

★ À maîtriser

📐 Formule - Lors d’un transfert thermique sans changement d’état, la variation d’énergie interne vérifie $\Delta U = Q = mc(\theta_f-\theta_i)$.

📐 Formule - Pour deux corps A et B qui échangent de l’énergie sans changement d’état, la conservation de l’énergie s’écrit $Q_A+Q_B=0$.

• Lors d’un échange thermique entre deux corps, l’énergie est transférée du corps le plus chaud vers le corps le plus froid jusqu’à ce que les deux corps atteignent la même température d’équilibre.

Compléments

📐 Formule - Pour plusieurs corps en échange thermique, la conservation de l’énergie s’écrit $Q_A+Q_B+Q_C+Q_D+\cdots=0$.

• Si $Q_A=-100\,\mathrm{J}$, alors $Q_B=100\,\mathrm{J}$.

• Si la température finale est supérieure à la température initiale, alors $\Delta U=Q>0$ et le système reçoit de l’énergie.

• Si la température finale est inférieure à la température initiale, alors $\Delta U=Q<0$ et le système perd de l’énergie.

📖 4. Transferts thermiques avec changement d’état

🔑 Notions clés & Définitions

• Chaleur latente : Aussi appelée énergie massique de changement d’état, elle est notée L.

★ À maîtriser

📐 Formule - L’énergie thermique transférée lors du changement d’état d’un corps vérifie $Q=mL$, où m est la masse et L l’énergie massique de changement d’état.

• Lors d’un changement d’état d’un corps pur, sa température reste constante.

• Lorsqu’un corps pur atteint sa température de changement d’état, l’énergie thermique transférée sert au changement d’état et non à modifier sa température.

Compléments

• Chaque corps pur possède ses propres valeurs de L pour la fusion et la vaporisation.

• Pour l’eau, l’énergie massique de fusion vaut $335\times10^3\,\mathrm{J\,kg^{-1}}$ et celle de vaporisation vaut environ $2{,}26\times10^6\,\mathrm{J\,kg^{-1}}$ à 100 °C sous la pression atmosphérique.

💡 Astuce mémo

Température constante pendant le changement d’état, contrairement au chauffage sans changement d’état.