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1
Système macroscopique et bilan énergétique
A)
Je sais décrire un système macroscopique
Pour relier le macroscopique au microscopique on utilise la
constante d’Avogadro
:
N
a
=
6
,
02.1
0
23
N_a = 6,02.10^{23}
N
a
=
6
,
02.1
0
23
mol
-1
Dans une mole d’une entité, il y a
N
a
N_a
N
a
entités.
Un système macroscopique est constitué d'un
grand nombre
d'atomes ou de molécules, assimilés à des points matériels.
Tout ce qui n'appartient pas au système macroscopique est dit
extérieur
au système.
B)
Je sais définir l’énergie d’un système
On appelle énergie
interne
U
U
U
l’ensemble des formes d’énergie présentes au sein d’un système à l’échelle
microscopique
.
La
température
est due à l’
agitation
thermique, c’est-à-dire l’énergie cinétique des particules constituant le système.
Ainsi, lorsque la température augmente, l’énergie interne augmente.
On appelle énergie
mécanique
E
m
E_m
E
m
la somme des énergies cinétique et potentielle à l’échelle macroscopique :
E
m
=
E
c
+
E
p
E_m = E_c + E_p
E
m
=
E
c
+
E
p
On appelle énergie
totale
E
t
o
t
E_{tot}
E
t
o
t
la somme de l’énergie interne et de l’énergie mécanique :
E
t
o
t
=
U
+
E
m
E_{tot} = U + E_m
E
t
o
t
=
U
+
E
m
C)
Je sais décrire les transferts d’énergie d’un système
On note la
variation
d’une grandeur physique avec un
Δ
\Delta
Δ
:
Δ
E
tot
=
Δ
U
+
Δ
E
m
\Delta E_{\text{tot}} = \Delta U + \Delta E_m
Δ
E
tot
=
Δ
U
+
Δ
E
m
relation entre la variation d’énergie interne, le travail et le transfert thermique :
Δ
U
=
W
+
Q
\Delta U = W + Q
Δ
U
=
W
+
Q
avec
Δ
U
\Delta U
Δ
U
la variation d’énergie interne en J
W
W
W
le travail en J
Q
Q
Q
le transfert thermique en J
Si
Δ
U
>
0
\Delta U > 0
Δ
U
>
0
le système
reçoit
de l’énergie du milieu extérieur.
Si
Δ
U
<
0
\Delta U < 0
Δ
U
<
0
le système
fournit
de l’énergie au milieu extérieur.
D)
Je sais exprimer la variation de l’énergie totale du système lors de son évolution
Il faut identifier les
transferts énergétiques
.
Utiliser la
relation
:
Δ
E
tot
=
Δ
U
+
Δ
E
m
=
W
+
Q
+
Δ
E
m
\Delta E_{\text{tot}} = \Delta U + \Delta E_m = W + Q + \Delta E_m
Δ
E
tot
=
Δ
U
+
Δ
E
m
=
W
+
Q
+
Δ
E
m
avec
Δ
E
tot
\Delta E_{\text{tot}}
Δ
E
tot
la variation d’énergie totale en J
Δ
U
\Delta U
Δ
U
la variation d’énergie interne en J
Δ
E
m
\Delta E_m
Δ
E
m
la variation de l’énergie mécanique en J
Q
Q
Q
le transfert thermique en J
W
W
W
le travail en J
2
Transferts thermiques
A)
Je sais calculer la variation d’énergie interne
Pour un système
condensé
, c’est-à-dire solide ou liquide, la variation de l’énergie interne est proportionnelle à la variation de température.
relation entre la variation d’énergie interne, la variation de température et la capacité thermique :
Δ
U
=
C
×
Δ
T
\Delta U = C \times \Delta T
Δ
U
=
C
×
Δ
T
avec
Δ
U
\Delta U
Δ
U
la variation d’énergie interne en J
C
C
C
la capacité thermique en J.K
-1
Δ
T
\Delta T
Δ
T
la variation de température en K
relation entre la variation d’énergie interne, la température finale, la température initiale et la capacité thermique :
Δ
U
=
C
×
(
T
f
−
T
i
)
\Delta U = C \times (T_f - T_i)
Δ
U
=
C
×
(
T
f
−
T
i
)
avec
Δ
U
\Delta U
Δ
U
la variation d’énergie interne en J
C
C
C
la capacité thermique en J.K
-1
T
f
T_f
T
f
la température finale en K
T
i
T_i
T
i
la température initiale en K
B)
Je sais identifier les différents modes de transfert thermique
Le transfert thermique par
conduction
est généré par les chocs entre les particules au niveau microscopique à l’intérieur d’un système.
C’est un mode de
transfert thermique
courant pour les
solides
.
Le transfert thermique par
convection
est généré par un mouvement global des particules au niveau microscopique à l’intérieur d’un système.
Ce mode de transfert thermique est
propre aux liquides et aux gaz
.
Le transfert thermique par
rayonnement
est généré par l’absorption ou l’émission d’un rayonnement électromagnétique.
C)
Je sais définir le flux thermique
Le
flux thermique
Φ
\Phi
Φ
caractérise la
vitesse
du transfert thermique
Q
Q
Q
pendant une durée
Δ
t
\Delta t
Δ
t
.
relation entre le flux thermique, le transfert thermique et la durée :
Φ
=
Q
Δ
t
\Phi = \frac{Q}{\Delta t}
Φ
=
Δ
t
Q
avec
Φ
\Phi
Φ
le flux thermique en W
Q
Q
Q
le transfert thermique en J
Δ
t
\Delta t
Δ
t
la durée en s
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