Énergie interne - 1ère loi de la thermodynamique

Le terme énergie interne

En introduction, nous considérons le chauffage d'un cube de cuivre de la masse$\mathit{m}$. Il faut distinguer trois cas qui concernent l'échange d'énergie entre un système, ici le cube de cuivre, et l'environnement.

Changement d'état d'un cube de cuivre

Tab.1

Changement d'état d'un cube de cuivre

Description de l'état	illustration
Cas a : état initial	• Le cube est isolé thermiquement, sa température 298 $\text{K}$ est constant. Il est sous pression constante ${\mathit{p}}_0$. • Sa masse est constante et égale $\mathit{m}=100\text{g}$ • On parle : Le système Cu est à l'état « 1 », caractérisé par la température ${\mathit{T}}_1$, la pression ${\mathit{p}}_0$ et la foule $\mathit{m}=100\text{g}$.	Cas a
Cas b : changement d'état	• Nous chauffons brièvement le cube avec un bec Bunsen, le métal absorbe la « chaleur » à la surface, qui se répand rapidement et uniformément à l'intérieur. • On parle : Le système était alimenté par une certaine quantité de chaleur de l'environnement (ici le bec Bunsen du laboratoire) à des valeurs constantes de pression et de masse. Elle reçoit le symbole $\mathit{Q}$. • Ce qui suit s'applique : $\mathit{Q}={\mathit{c}}_{\text{Cu}}\cdot \mathit{m}\cdot ??\mathit{T}$ (${\mathit{c}}_{\text{Cu}}=385\text{J}{\text{kg}}^{-1}{\text{K}}^{-1}$, capacité thermique massique de Cu).	Cas b
Cas c : état final	• Le cube est à nouveau isolé thermiquement, sa température est passée à 308 $\text{K}$ élevé. • Il est dit : Le système est maintenant à l'état "2", indiqué par la température ${\mathit{T}}_2$qui sont supérieurs à ${\mathit{T}}_1$ est. • Le résultat: $\mathit{Q}=(385\text{J}{\text{kg}}^{-1}{\text{K}}^{-1})\cdot (\mathrm{0,100}\text{kg})\cdot (308\text{K}-298\text{K})=385\text{J}$.	Cas c

Noter

Dans l'état 2, le système a un contenu énergétique plus élevé car de la chaleur a été ajoutée. L'énoncé « Le système a une chaleur plus élevée » doit être évité.

Le chauffage peut également être effectué différemment. Sur deux surfaces opposées $\text{Cu}$-Cube nous attachons deux fils et laissons passer le cube, qui est la résistance $\mathit{R.}$ possède un ruisseau $\mathit{JE.}$ couler. Au bout d'un certain temps $\mathit{t}$ a l'énergie fournie ${\mathit{JE.}}^2\cdot \mathit{R.}\cdot \mathit{t}$ le cube de cuivre à 310 $\text{K}$ réchauffé. Cela a également entraîné le passage de l'état 1 à 2, bien que l'énergie ne soit pas fournie par le flux de chaleur d'un corps chaud, mais par le courant électrique ("chaleur de friction" des électrons, également appelée chaleur de Joule).

La variable d'état énergie interne, symbole $\mathit{U}$

Afin de bien différencier l'énergie qui réside dans un corps (ou système) et les énergies qui sont échangées avec l'environnement, le concept d'énergie interne a été introduit, symbolisé par $\mathit{U}$ pour tout système ou${\mathit{U}}_{\text{m}}$ pour une $\text{mole}$ d'une substance pure. L'exemple de la $\text{Cu}$-Cube montre que l'énergie interne ne peut pas être mesurée directement. Seule leur évolution peut être déterminée en mesurant précisément les énergies échangées avec l'environnement.

Exemple de cube de cuivre

Le changement d'énergie interne $??\mathit{U}$ pour un changement d'état est la différence $\mathit{U}$($\text{Condition Cu après}$) - $\mathit{U}$($\text{état Cu avant}$) et égal à la somme des énergies échangées avec l'environnement lors du changement d'état de 1 à 2.$??\mathit{U}$ concerne le flux de chaleur $\mathit{Q}$ d'un corps chaud, la chaleur Joule ${\mathit{JE.}}^2\cdot \mathit{R.}\cdot \mathit{t}$ ou un mélange des deux formes d'énergie.

L'égalité de la variation de l'énergie interne d'une part et de la somme de la chaleur et du travail d'autre part doit exister en raison de la conservation de l'énergie en physique.

1. Dans un système fermé, la somme de toutes les énergies est constante, c'est-à-dire L'énergie ne peut pas être détruite. Tel est le système chimique et son environnement.
2. L'énergie peut être ajoutée ou retirée d'un système chimique sous diverses formes dans l'environnement. Les exemples sont le travail mécanique (force multipliée par le déplacement), le travail électrique (tension multipliée par la durée actuelle) ou la chaleur (flux de chaleur ou chaleur Joule).