Energie Interne Fr 16

7/23/2019 Energie Interne Fr 16

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TRAVAILET

NERGIEINTERNE

allalMahdade

Introduction

Existe-t-ildautres

formesdnergies?

nergieinternedunsystme

TRAVAIL ET NERGIE INTERNE

Chapitre 4

allal Mahdade

Groupe scolaire La Sagesse Lycee qualifante

21 dcembre 2015

1 (2015-2016) 1ere Bac SM allal Mahdade
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Introduction

Existe-t-ildautres

formesdnergies?


Sommaire

1 Introduction

2 Existe-t-il dautres formes dnergies ?

3

nergie interne dun systme

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Existe-t-ildautres

formesdnergies?


Sommaire

1 Introduction


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Existe-t-ildautres

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Sommaire

1 Introduction


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Existe-t-ildautres

formesdnergies?


Introduction

Lnergie cintique et lnergie potentielle ne sont pas les seules

formes dnergie dun systme. Nous allons voir dautres eets quepeut avoir le travail dune force sur un systme et ainsi on vapouvoir dnir une autre nergie quon appelle nergie interne.Quest ce que lnergie interne dun systme ?

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Existe-t-ildautresformesdnergies?


Introduction

Le soleil transfert de lnergie par rayonnement . lorsquon frottenous deux mains, lune contre lautre , elles schauent. Leshommes prhistorique ont russi faire des feu en frottant deuxmorceaux de bois lun contre lautre . Dans tous ces exemples, il ya lvation de la temprature.Comment peut on expliquer cette lvation de la

temprature ?4 (2015-2016) 1ere Bac SM allal Mahdade
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I. Existe-t-il dautres formes dnergies ?

Quelques dnitions :

Ltat macroscopique

Ltat macroscopique de la matire concerne la matire qui estaccessibles lchelle humaine et en particulier dans la vie

quotidienne. Cet tat est quanti par la masse ou la quantit dematire (g ou mol)Ltat microscopique

Ltat microscopique de la matire concerne la matire lchelleatomique ou molculaire. Entre ltat macroscopique et

microcospique, il existe une constante de liaison : le nombredAvogadro NA= 6,0231023 particules par mole. Depuis lesannes 80 grce aux microscopes eet tunnel et aux microscopes force atomique, on peut observer la surface des atomes.

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On a vu quune transfert dnergie sous forme de travail peutmodier lnergie cintique et/ou lnergie potentielle depesanteur dun corps solide.

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1. Y-a-t-il dautres eets du travail dune force ?Activit 1: Le travail dune force peut modier la valeur de lavitesse dun systme ou /et laltitude de son centre dinertie.Exemple la grue qui soulve une charge du sol une altitude h.Peut-il modier dautre caractristiques de ce systme ?

On vous citez les trois exemples ci-dessous

Dans chaque exemple, indiqu les forces qui eectuent un travailet leet de ce travail.

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Exemple 1: la force queectue un travail est la force de

frottement entre le disque et la plaque qui provoque unchauement au niveau des surfaces de contact. ce travail qui serareu par le systme ne fait varier ni lnergie cintique ni lnergiepotentielle de pesanteur mais il a pour eet dlever latemprature du milieu environnant.

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Conclusion

Le travail de la force de frottement peut fournir au systme une

nergie qui provoque une augmentation de la temprature.Laugmentation de la temprature dun corps correspond, lchelle microscopique une augmentation de lagitationde sesatomes .Donc , dans, le disque et la plaque, une autre forme dnergie eststocke sous forme dnergie cintique microscopique . qui sedisperse ensuite dans lenvironnement .

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Exemple 2: la force qui eectue un travail est la forcepressant exerce par loprateur. et qui provoque la compression

du gaz dans le cylindre : la pression augmente et le volumediminue.Le travail fournit par loprateur pour comprimer le gaz permetde transfrer une nergie qui sera stocke dans le gaz (responsablesur laugmentation de pression ) et lorsquon lche le piston le gazlibre cette nergie ( une dtente diminution de pression et

augmentation de volume ) .

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Conclusion

Le travail de la force pressante peut fournir au systme unenergie qui provoque une augmentation de pression.Laugmentation de pression dun gaz correspond, lchellemicroscopique une augmentation de chocsentre les constituantsdu gaz et la paroi de cylindre .Donc , le gaz a stock une autre forme dnergie.

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Exemple 3 : la force queectue un travail la force defrottement entre la luge et la glace qui provoque un chauementau niveau des surfaces de contact. ce travail qui sera reu par le

systme ne fait varier ni lnergie cintique ni lnergie potentiellede pesanteur mais il a pour eet de fondre la glace ( latemprature dpasser 0Cdans cet exemple il se produit unchangement dtat de ltat solide ltat liquide et lesconstituants du systme passe dun tat ordonn vers un tatdsordonn i.e que lnergie cintique microscopique etlnergie potentielle microscopiquedes particules constituantdes matriaux augmentent.

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Existe-t-ildautresformes

dnergies?



conclusion

Le travail de la force de frottement peut fournir au systme unenergie qui provoque un changement de son tat physique.

Le changement dtat dun systme correspond, lchellemicroscopique une augmentation de de dsordre de sesconstituants .Donc , dans la glace et la luge une autre forme dnergie eststocke sous forme dnergie cintique microscopique et

nergie potentielle microscopique . qui provoque unchangement dtat du systme.

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dnergies?



Conclusion

Lnergie transfre par travail un systme peut augmenter sonnergie cintique ou/et son nergie potentielle de pesanteur, elle

peut aussi , suivant la nature du systme, provoquer :* une lvation de la temprature du systme ;* une augmentation de la pression du systme (le cas dun gaz) ;* un changement dtat du systme .Cette forme dnergie stocke dans le systme ( nergie cintiquemicroscopique et nergie potentielle dinteraction entre lesparticules qui dues la modication de leur position relative dansle systme ) est appel nergie interne.

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II. nergie interne dun systme

1. Dnition

On appelle nergie interne U dun systme lensemble de toutes les

nergies qui se manifestent au niveau des particulesmicrocosmiques(nergie cinitique, potentielle , ...)

U= Ec(micro) + Ep(micro) (1)

lunit de lnergie interne est le joule (J)

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2. nergie totale dun systme

On dnit lnergie totale dun systme par la somme de sonnergie mcanique Emet de son nergie interne U:

E=Em+U=Ec +Epp +U (2)

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3. La variation de lnergie interne

Rappel :

Par convention : tout systme re-oit de lnergie (W) du milieu ex-trieur alors W>0Lorsquil libre de lnergie verslextrieur alors W


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Variation de lnergie interne

On ne peut pas dterminer lnergie interne dun systme maisseulement la variation de lnergie interne :

U=UfUi (3)

Un systme dont lnergie interne augmente stocke lnergie.

Inversement un systme dont lnergie interne diminue libre delnergie.

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4. change de lnergie avec le milieu extrieur

La variation de lnergie interne dun systme se fait soit parlagitation des particules qui les constituent ou par les interactionsqui existent entre ces particules.

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5. nergie transfre par travail un systme

Lorsquun systme est soumis des forces extrieur qui eectuentun travail W, ce systme change de lnergie avec le milieuextrieur,et la variation de lnergie interne Udans ce cas gale la quantit dnergie chang, cest le travail W.

U=W

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Application 1

On considre un chariot de masse m= 5,0kgpouvant glisser surdeux rails orients selon la plus grande pente dun plan inclin.

On lance le chariot dun point A situ dans le plan horizontal ,avec une vitesse initiale vA= 7,0m/s, il atteint un point C situ la hauteur h= 1,9mdu plan horizontal.On prendra g= 9,8N/kgintensit de pesanteur.1. calculer la variation de lnergie mcanique au cours de ce

mouvement ?2. quelle est la variation de lnergie interne du systme ?

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Application 2

On considre un gaz enferm dans un cylindre en positionhorizontale, ferm par un piston P . le gaz nchange pas dechaleur avec le milieu extrieur. loprateur applique une force Fconstante , dintensit F= 80Nsur le piston en eectuant undplacementl= 15cm.1. Y-t-il une variation dnergie interne au cours de cettetransformation ? justier votre rponse .

2. Si la rponse est oui , calculer cette variation .

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Solution

1. On considre que le systme tudier est le gaz enferm dans le

cylindre , loprateur exerce une force

Fsur le piston, son pointdapplication se dplace de A B donc la force eectue un travail

WABque le systme le reoit de lextrieur . donc il y a unchange dnergie entre loprateur et le systme (le gaz) par letravail qua pour eet daugmenter la pression du gaz et diminuerle volume (le nombre de choc entre les particules du gaz et le paroi

du cylindre ) i.e laugmentation de lnergie interne, donc U>0.

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Solution2. on sait que la variation de lnergie totale du systme est :

E= Em+ U

Em= Ec + Epp avec Ec= 0en considrant que ledplacement de piston est lent ( vitesse constante) et Epp= 0lecylindre est horizontal . Donc :

E= U

et puisque le systme reoit de lnergie de lextrieur onE=WAB(

F) =F.l.Donc

U=F.l

U= 12J


d
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dnergies?nergieinternedunsystme


6. Transfre dnergie par chaleur : transfre thermique

a. DnitionLorsque deux corps des tempratures direntes sont mises encontact , on constate que la temprature du corps chaud diminue,tandis que la temprature du corps froid augmente. Il y a transfertdnergie entre les deux corps : cest le transfert thermique.


II i i d
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b. Sens de transfert thermique :Un transfert thermique seectue spontanment du corps detemprature plus leve au corps de temprature plus basse .


II i i t d t
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Remarque :

Le terme chaud et froid sont relatif . (Une quantit deau 0Cet

une autre 10C, les deux quantits sont froides mais lapremire quantit est plus chaude que la deuxime ).Si le contact entre les deux corps a lieu en susamment de temps, ils ont la mme temprature on dit que les deux corps enquilibre thermique.


II i i t d t
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c. Modes de transfert thermique

Transfert thermique par conductionExemple 1: lorsquon chaue le bout dune plaque mtallique aubout dun petit moment , en touchant lautre bout , il devientchaud i.e quil y a un transfert thermique de lextrmit chaud dela barre vers lextrmit froid .


II i i t d t
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Exemple 2: On prend deux bchers , lun contient de leauchaude et lautre de leau froide et on les relie par un plaque

mtallique , au bout dun certain temps, leau dans les deuxbchers a la mme temprature i.e que la plaque mtalliquefavorise le transfert thermique de leau chaude vers leau froide.Dans les deux cas il y a transfert thermique par conductioni.e il seectue sans transport de la matire .


II e gie i te e d s st e
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Transfert thermique par convection

Dans les gaz et les liquides , le transfert thermique est pluscomplexe , car le phnomne de transfert saccompagne demouvement de matire.Exemple 3: Au dessus dune amme , laire se rchaue et

slve car la densit de lair chaud est infrieur celle de lairfroid .


II nergie interne dun systme
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II. nergie interne d un systme

Conclusion

Un transfert thermique seectue par conduction ou parconvection . Ces deux modes de transfert ncessitent la prsencedun milieu matriel : ils ne peuvent pas seectuent dans le vide .


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d. Eet du transfert thermique

Le transfert thermique peut lever la temprature dun corps .Le transfert thermique peut aboutir un changement dtatphysique dun corps pur.


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e. Transfert thermique et nergie thermique

Dnition :Un transfert thermique est un transfert dnergie dun corps chaudvers un corps froid , cette nergie sappelle nergie thermiqueou quantit de chaleuron le note Q , son unit est le joule (J)


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Expression de lnergie thermique :

On admet dans le cas dun chauement rgulier , que lnergiereu par un corps de masse m (sans quil change dtat ) et dont

la temprature slve de i fest proportionnelle m et ladirence (fi)et ceci se traduit par la relation :

Q=mc(fi) (4)

o c est une constante caractrisant la matire qui constitue lecorps : appele capacit thermique massique du corps .


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La capacit thermique massique dun corps pur est lnergiethermique ncessaire 1 kg de ce corps pour lever sa

temprature de 1C.Son unit dans SI (J.kg1.K1)Exemples des capacit thermique massique: Leau :4180J/kg.K, thanol : 2420J/kg.k, Aluminium : 904J/kg.K,Dihydrogne : 1400J/kg.K.


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Remarque 1 :La capacit thermique massique duncorpsdpend de sa temprature initiale, cependant , dans la pluspart des cas , elle peut tre constante dans un domaine limitde tempratures .

Remarque 2 :La capacit thermique dun corps de massem est lnergie thermique ncessaire pour lever satemprature de 1C, elle est exprime par la relation

=m.c

o cest la capacit thermique massique du corps. son unit

dans S.I est J/Cou J/K.La capacit thermique dun systme (S) form de plusieurscorps est gale la somme des capacits thermiques de cescorps :

S= i= mici


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=m.c


dans S.I est J/Cou J/K.La capacit thermique dun systme (S) form de plusieurscorps est gale la somme des capacits thermiques de cescorps :

S= i= mici


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=m.c


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Cou J/K.La capacit thermique dun systme (S) form de plusieurscorps est gale la somme des capacits thermiques de cescorps :

S= i= mici


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=m.c


dans S.I est J/

Cou J/K.La capacit thermique dun systme (S) form de plusieurscorps est gale la somme des capacits thermiques de cescorps :

S= i= mici


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g y

7. Transfre dnergie par rayonnement

La terre se rchaue sous leet des rayons solaires , mais il ya le vide enter la terre et le soleil qui ne permet pas untransfert thermique . Quel mode de transfert dnergie

existent-il entre la terre et le soleil ?Ce sont les radiations visibles et invisibles missent par lesoleil qui permettent de transfert dnergie appel : transfertpar rayonnement.

Tout corps , du fait de sa temprature rayonne . Ce

rayonnement est de mme nature que la lumire : les ondeslectromagntique transportant de lnergie.




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g y









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g y







III. Le premire principe de la thrmodynamique
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Travail , chaleur et rayonnement constituent des modes detransfert dnergie.Si le transfert dnergie se fait par chaleur , travail et rayonnement, alors la variation de lnergie interne du systme est :

U=Qt+W (5)

avec Qtest lnergie transfre par chaleur ou rayonnement .

nonc du premire principe de la thermodynamique :

La variation de lnergie interne dun systme au cours dunetransformation , est gale la somme des nergies transfre ( partravail , par chaleur , ou par rayonnement ) entre le systme et lemilieu extrieur .


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Le cas dune transformation cyclique :

On dit quun systme eectue une transformation cyclique ouferme si ltat nal concide avec ltat initial et par consquentU= 0 la variation de lnergie interne est nulle.




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Bilan nergtique:

Lnergie totale dun systme est gale la somme de sonnergie mcanique et lnergie interne :

E=Em+U

Si le systme est isol (nchange ni matire ni nergie avec lemilieu extrieur) E= 0 . Donc

Em+ U= 0

ce rsultat exprime la conservation de lnergie totale dusystme .




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Bilan nergtique:


E=Em+U


Em+ U= 0





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Bilan nergtique:


E=Em+U


Em+ U= 0


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