{"id":45799,"date":"2019-10-20T05:59:55","date_gmt":"2019-10-20T04:59:55","guid":{"rendered":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/quest-ce-que-lenergie-interne-energie-thermique-definition\/"},"modified":"2020-02-26T11:16:38","modified_gmt":"2020-02-26T10:16:38","slug":"quest-ce-que-lenergie-interne-energie-thermique-definition","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/fr\/quest-ce-que-lenergie-interne-energie-thermique-definition\/","title":{"rendered":"Qu’est-ce que l’\u00e9nergie interne – \u00c9nergie thermique – D\u00e9finition"},"content":{"rendered":"
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L’\u00e9nergie interne (\u00e9galement appel\u00e9e \u00e9nergie thermique) est d\u00e9finie comme l’\u00e9nergie associ\u00e9e aux formes d’\u00e9nergie microscopiques.\u00a0C’est une quantit\u00e9 \u00e9tendue.\u00a0Energie interne – Energie thermique<\/div>\n<\/div>\n
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Energie interne – Energie thermique<\/h2>\n

L’\u00e9nergie potentielle<\/strong>\u00a0<\/a>et\u00a0l’\u00e9nergie cin\u00e9tique<\/strong><\/a>\u00a0, qui ont \u00e9t\u00e9 discut\u00e9es dans les chapitres pr\u00e9c\u00e9dents, sont\u00a0des formes d’\u00e9nergie macroscopiques<\/strong>\u00a0.\u00a0Ils d\u00e9pendent de variables macroscopiques telles que la position et la vitesse des objets.<\/p>\n

En thermodynamique,\u00a0l’\u00e9nergie interne<\/strong>\u00a0(\u00e9galement appel\u00e9e\u00a0\u00e9nergie thermique<\/strong>\u00a0) est d\u00e9finie comme l’\u00e9nergie associ\u00e9e aux\u00a0formes d’\u00e9nergie microscopiques<\/strong>\u00a0.\u00a0C’est une\u00a0quantit\u00e9 consid\u00e9rable<\/a>\u00a0, cela d\u00e9pend de la taille du syst\u00e8me ou de la quantit\u00e9 de substance qu’il contient.\u00a0L’unit\u00e9 SI de\u00a0l’\u00e9nergie interne<\/strong>\u00a0est le\u00a0joule (J)<\/strong>\u00a0.\u00a0C’est l’\u00e9nergie contenue dans le syst\u00e8me, \u00e0 l’exclusion de l’\u00e9nergie cin\u00e9tique de mouvement du syst\u00e8me dans son ensemble et de l’\u00e9nergie potentielle du syst\u00e8me.\u00a0Les formes d’\u00e9nergie microscopiques<\/strong>\u00a0incluent celles dues \u00e0 la\u00a0rotation<\/strong>\u00a0, \u00e0 la\u00a0vibration, \u00e0 la translation<\/strong>\u00a0et aux\u00a0interactions<\/strong>parmi les mol\u00e9cules d’une substance.\u00a0Aucune de ces formes d’\u00e9nergie ne peut \u00eatre mesur\u00e9e ou \u00e9valu\u00e9e directement, mais des techniques ont \u00e9t\u00e9 d\u00e9velopp\u00e9es pour \u00e9valuer l’\u00e9volution de la somme totale de toutes ces formes d’\u00e9nergie microscopiques.<\/p>\n

De plus, l\u2019\u00e9nergie peut \u00eatre stock\u00e9e dans les liaisons chimiques entre les atomes qui composent les mol\u00e9cules.\u00a0Ce stockage d’\u00e9nergie au niveau atomique inclut l’\u00e9nergie associ\u00e9e aux \u00e9tats orbitaux des \u00e9lectrons, au spin nucl\u00e9aire et aux forces de liaison dans le noyau.<\/p>\n

L’\u00e9nergie interne<\/strong>\u00a0est repr\u00e9sent\u00e9e par le symbole\u00a0U<\/strong>\u00a0et le changement d’\u00e9nergie interne dans un processus est U\u00a02<\/sub>\u00a0– U\u00a01<\/sub>\u00a0.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Energie microscopique<\/h2>\n

L’\u00e9nergie interne<\/strong>\u00a0implique l’\u00e9nergie \u00e0 l’\u00a0\u00e9chelle microscopique<\/strong>\u00a0.\u00a0Il peut \u00eatre divis\u00e9 en \u00e9nergie potentielle microscopique, en\u00a0U\u00a0<\/em>pot<\/sub>\u00a0et en \u00e9nergie cin\u00e9tique microscopique,\u00a0U\u00a0<\/em>kin<\/sub>\u00a0, en composants:<\/p>\n

U = U\u00a0pot<\/sub>\u00a0+ U\u00a0kin<\/sub><\/strong><\/p>\n

\"Energie<\/a>o\u00f9 l’\u00e9nergie cin\u00e9tique microscopique, U\u00a0kin<\/sub>\u00a0, implique les\u00a0mouvements<\/strong>\u00a0de toutes les particules du syst\u00e8me par rapport au rep\u00e8re du centre de masse.\u00a0Pour un\u00a0gaz monoatomique<\/strong>\u00a0id\u00e9al\u00a0, il ne s\u2019agit que de l\u2019\u00a0\u00e9nergie cin\u00e9tique de translation<\/strong>\u00a0du mouvement lin\u00e9aire des atomes.\u00a0Les particules monoatomiques ne tournent pas et ne vibrent pas.\u00a0Le comportement du syst\u00e8me est bien d\u00e9crit par la th\u00e9orie cin\u00e9tique des gaz.\u00a0La th\u00e9orie cin\u00e9tique repose sur le fait que lors d’une\u00a0collision \u00e9lastique<\/a>\u00a0entre une mol\u00e9cule \u00e0 haute \u00e9nergie cin\u00e9tique et une autre \u00e0 faible \u00e9nergie cin\u00e9tique, une partie de l’\u00e9nergie sera transf\u00e9r\u00e9e \u00e0 la mol\u00e9cule \u00e0 plus faible \u00e9nergie cin\u00e9tique.\u00a0Cependant, pour\u00a0les gaz polyatomiques,<\/strong>\u00a0il existe une\u00a0rotation<\/strong>\u00a0etl’\u00e9nergie cin\u00e9tique vibratoire<\/strong>\u00a0aussi.<\/p>\n

L’\u00e9nergie potentielle microscopique,\u00a0U\u00a0pot<\/sub><\/strong>\u00a0, implique les\u00a0liaisons chimiques<\/strong>\u00a0entre les atomes qui constituent les mol\u00e9cules, les forces de liaison dans le noyau ainsi que les champs de forces physiques du syst\u00e8me (par exemple, les champs \u00e9lectriques ou magn\u00e9tiques).<\/p>\n

Dans les liquides et les solides, il existe une composante importante d’\u00e9nergie potentielle associ\u00e9e aux\u00a0forces d’attraction intermol\u00e9culaires<\/strong>\u00a0.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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\u00c9nergie interne sp\u00e9cifique<\/span><\/h2>\n

L’\u00a0<\/span>\u00e9nergie interne sp\u00e9cifique (u)<\/span><\/strong>\u00a0d’une substance est son \u00e9nergie interne par unit\u00e9 de masse.\u00a0C’est une\u00a0<\/span>propri\u00e9t\u00e9 intensive<\/span><\/strong><\/a>\u00a0.\u00a0Elle est \u00e9gale \u00e0 l’\u00e9nergie interne totale (U) divis\u00e9e par la masse totale (m).<\/span><\/p>\n

u = U \/ m<\/span><\/strong><\/em><\/p>\n

o\u00f9:<\/span><\/p>\n

u = \u00e9nergie interne sp\u00e9cifique (J \/ kg)<\/span><\/p>\n

U = \u00e9nergie interne (J)<\/span><\/p>\n

m = masse (kg)<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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\u00c9nergie interne d’un gaz parfait<\/span><\/h2>\n<\/div>\n<\/div>\n
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\u00a0L’ \u00e9nergie interne<\/strong>\u00a0est le total de toute l’\u00e9nergie associ\u00e9e au mouvement des atomes ou des mol\u00e9cules dans le syst\u00e8me.\u00a0Les formes microscopiques d’\u00e9nergie comprennent celles dues \u00e0 la\u00a0rotation<\/strong>\u00a0, aux\u00a0vibrations<\/strong>\u00a0, \u00e0 la\u00a0traduction<\/strong>\u00a0et aux interactions entre les mol\u00e9cules d’une substance.<\/div>\n<\/div>\n
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Gaz monoatomique<\/span><\/h2>\n

Pour un\u00a0<\/span>gaz parfait monatomique<\/span><\/strong>\u00a0(tel que l’h\u00e9lium, le n\u00e9on ou l’argon), la seule contribution \u00e0 l’\u00e9nergie provient de\u00a0<\/span>l’\u00e9nergie cin\u00e9tique<\/span><\/strong>\u00a0de\u00a0translation<\/strong>\u00a0.\u00a0L’\u00e9nergie cin\u00e9tique de translation moyenne d’un seul atome ne d\u00e9pend que de la temp\u00e9rature du gaz et est donn\u00e9e par l’\u00e9quation<\/span><\/p>\n

K\u00a0<\/span>moy<\/span><\/sub>\u00a0= 3\/2 kT.<\/span><\/strong><\/p>\n

L’\u00a0<\/span>\u00e9nergie interne<\/span><\/strong>\u00a0de n moles d’un gaz monatomique id\u00e9al (un atome par mol\u00e9cule) est \u00e9gale \u00e0 l’\u00e9nergie cin\u00e9tique moyenne par mol\u00e9cule multipli\u00e9e par le nombre total de mol\u00e9cules, N:<\/span><\/p>\n

E\u00a0<\/span>int<\/span><\/sub>\u00a0= 3\/2 NkT = 3\/2 nRT<\/span><\/strong><\/p>\n

o\u00f9 n est le nombre de moles.\u00a0Chaque direction (x, y et z) contribue\u00a0<\/span>(1\/2) nRT<\/span><\/strong>\u00a0\u00e0 l’\u00e9nergie interne.\u00a0C’est l\u00e0 qu’intervient l’id\u00e9e d’\u00e9quipartition d’\u00e9nergie – toute autre contribution \u00e0 l’\u00e9nergie doit \u00e9galement contribuer (1\/2) nRT.\u00a0Comme on peut le voir, l’\u00e9nergie interne d’un gaz parfait ne\u00a0<\/span>d\u00e9pend que de la temp\u00e9rature<\/span><\/strong>\u00a0et du nombre de moles de gaz.<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Mol\u00e9cule diatomique<\/span><\/h2>\n

Si les mol\u00e9cules de gaz contiennent plus d’un atome, il existe\u00a0<\/span>trois directions de translation<\/span><\/strong>\u00a0et\u00a0<\/span>l’\u00e9nergie cin\u00e9tique de rotation<\/span><\/strong>\u00a0contribue \u00e9galement, mais uniquement pour les rotations autour de deux des trois axes perpendiculaires.\u00a0Les cinq contributions \u00e0 l’\u00e9nergie (cinq degr\u00e9s de libert\u00e9) donnent:<\/span><\/p>\n

Gaz id\u00e9al diatomique:<\/span><\/p>\n

E\u00a0<\/span>int<\/span><\/sub>\u00a0= (5\/2) NkT = (5\/2) nRT<\/span><\/strong><\/p>\n

Ceci n’est qu’une approximation et s’applique aux temp\u00e9ratures interm\u00e9diaires.\u00a0Aux basses temp\u00e9ratures, seule l’\u00e9nergie cin\u00e9tique de translation contribue, et \u00e0 des temp\u00e9ratures plus \u00e9lev\u00e9es, deux contributions suppl\u00e9mentaires (\u00e9nergie cin\u00e9tique et potentielle) proviennent des vibrations.<\/span><\/p>\n

L’\u00e9nergie interne sera plus grande \u00e0 une temp\u00e9rature donn\u00e9e que pour un gaz monoatomique, mais elle ne restera fonction que de la temp\u00e9rature pour un gaz parfait.<\/span><\/p>\n

L’\u00e9nergie interne des gaz r\u00e9els d\u00e9pend \u00e9galement principalement de la temp\u00e9rature, mais de la m\u00eame mani\u00e8re que la\u00a0<\/span>loi des gaz parfaits<\/span><\/strong>\u00a0, l’\u00e9nergie interne des gaz r\u00e9els d\u00e9pend \u00e9galement quelque peu de la pression et du volume.\u00a0Tous les gaz r\u00e9els approchent de l’\u00e9tat id\u00e9al \u00e0 de faibles pressions (densit\u00e9s).\u00a0A basse pression, les mol\u00e9cules sont suffisamment \u00e9loign\u00e9es pour ne pas interagir les unes avec les autres.\u00a0L’\u00e9nergie interne des liquides et des solides est assez compliqu\u00e9e, car elle comprend l’\u00e9nergie potentielle \u00e9lectrique associ\u00e9e aux forces (ou liaisons \u00abchimiques\u00bb) entre les atomes et les mol\u00e9cules.<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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La deuxi\u00e8me loi de Joule<\/span><\/h2>\n

Pour tout gaz dont l’\u00e9quation d’\u00e9tat est donn\u00e9e exactement par\u00a0<\/span>pV = nRT<\/span><\/strong>\u00a0(ou pv = RT), l’\u00a0<\/span>\u00e9nergie interne sp\u00e9cifique<\/span><\/strong>\u00a0d\u00e9pend uniquement de la temp\u00e9rature.\u00a0Cette r\u00e8gle a \u00e9t\u00e9 initialement trouv\u00e9e en 1843 par Joule exp\u00e9rimentalement pour les gaz r\u00e9els et est connue comme\u00a0<\/span>le deuxi\u00e8me principe de Joule<\/span><\/strong>\u00a0:<\/span><\/p>\n

L’\u00e9nergie interne d’une masse fixe d’un gaz parfait ne d\u00e9pend que de sa temp\u00e9rature (et non de la pression ou du volume).<\/span><\/em><\/p>\n

L’enthalpie sp\u00e9cifique d’un gaz d\u00e9crite par pV = nRT d\u00e9pend \u00e9galement uniquement de la temp\u00e9rature.\u00a0Notez que l’enthalpie est la quantit\u00e9 thermodynamique \u00e9quivalente au contenu calorifique total d’un syst\u00e8me.\u00a0Elle est \u00e9gale \u00e0 l’\u00e9nergie interne du syst\u00e8me plus le produit de la pression et du volume.\u00a0Dans les variables intensives, la\u00a0<\/span>deuxi\u00e8me loi de Joule<\/span><\/strong>\u00a0est donc donn\u00e9e par\u00a0<\/span>h = h (T) = u (T) + pv = u (T) + RT<\/span><\/strong>\u00a0.<\/span><\/p>\n

Ces trois \u00e9quations constituent le mod\u00e8le de gaz parfait, r\u00e9sum\u00e9 comme suit:<\/span><\/p>\n

pv = RT<\/span><\/strong><\/p>\n

u = u (T)<\/span><\/strong><\/p>\n

h = h (T) = u (T) + RT<\/span><\/strong><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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\u00c9nergie interne et premi\u00e8re loi de la thermodynamique<\/span><\/h2>\n

En thermodynamique,<\/span><\/strong>\u00a0le concept d’\u00e9nergie est \u00e9largi pour tenir compte des autres changements observ\u00e9s, et le\u00a0<\/span>principe de conservation de l’\u00e9nergie<\/span><\/strong>\u00a0est \u00e9tendu pour inclure une grande vari\u00e9t\u00e9 de fa\u00e7ons dont les syst\u00e8mes interagissent avec leur environnement.\u00a0Les seules fa\u00e7ons dont l’\u00e9nergie d’un syst\u00e8me ferm\u00e9 peut \u00eatre modifi\u00e9e sont le transfert d’\u00e9nergie\u00a0<\/span>par le travail<\/span><\/strong>\u00a0ou\u00a0<\/span>par la chaleur<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0De plus, sur la base des exp\u00e9riences de Joule et d’autres, un aspect fondamental du concept \u00e9nerg\u00e9tique est que l’\u00a0<\/span>\u00e9nergie est conserv\u00e9e.\u00a0<\/span><\/strong>Ce principe est connu comme\u00a0\u00a0<\/span>le premi\u00e8re principe de la thermodynamique<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0La premi\u00e8re loi de la thermodynamique peut s’\u00e9crire sous diff\u00e9rentes formes:<\/span><\/p>\n

Dans les mots:<\/span><\/strong><\/p>\n

\"premi\u00e8re-loi-de-thermodynamique-en-mots\"<\/a><\/p>\n

\"conservation-d'\u00e9nergie-en-thermodynamique\"<\/a>
Disposition physique des quatre principaux dispositifs utilis\u00e9s dans le cycle de Rankine et transferts d’\u00e9nergie de base.<\/span><\/figcaption><\/figure>\n

Formulaire d’\u00e9quation:<\/span><\/strong><\/p>\n

\u2206E\u00a0<\/span><\/strong>int<\/span><\/sub><\/strong>\u00a0= Q – W<\/span><\/strong><\/p>\n

o\u00f9\u00a0<\/span>E\u00a0<\/span>int<\/span><\/sub><\/strong>\u00a0repr\u00e9sente l’\u00a0<\/span>\u00e9nergie interne<\/span><\/strong>\u00a0du mat\u00e9riau, qui ne d\u00e9pend que de l’\u00a0<\/span>\u00e9tat du mat\u00e9riau<\/span><\/strong>\u00a0(temp\u00e9rature, pression et volume).\u00a0<\/span>Q<\/span><\/strong>\u00a0est la\u00a0<\/span>chaleur nette ajout\u00e9e<\/span><\/strong>\u00a0au syst\u00e8me et\u00a0<\/span>W<\/span><\/strong>\u00a0est le\u00a0<\/span>travail net effectu\u00e9 par<\/span><\/strong>\u00a0le syst\u00e8me.\u00a0Nous devons \u00eatre prudents et coh\u00e9rents en suivant les conventions de signe pour Q et W. Parce que W dans l’\u00e9quation est le travail effectu\u00e9 par le syst\u00e8me, alors si le travail est effectu\u00e9 sur le syst\u00e8me, W sera n\u00e9gatif et E\u00a0<\/span>int<\/span><\/sub>\u00a0augmentera.<\/span><\/p>\n

De m\u00eame, Q est positif pour la chaleur ajout\u00e9e au syst\u00e8me, donc si la chaleur quitte le syst\u00e8me, Q est n\u00e9gative.\u00a0Cela nous dit ce qui suit: L’\u00a0<\/span>\u00e9nergie interne<\/span><\/strong>\u00a0d’un syst\u00e8me a tendance \u00e0 augmenter si la chaleur est absorb\u00e9e par le syst\u00e8me ou si un travail positif est effectu\u00e9 sur le syst\u00e8me.\u00a0Inversement, l’\u00e9nergie interne a tendance \u00e0 diminuer si la chaleur est perdue par le syst\u00e8me ou si un travail n\u00e9gatif est effectu\u00e9 sur le syst\u00e8me.\u00a0Il faut ajouter que Q et W d\u00e9pendent du chemin, tandis que E\u00a0<\/span>int<\/span><\/sub>\u00a0est ind\u00e9pendant du chemin.<\/span><\/p>\n

Forme diff\u00e9rentielle:<\/span><\/strong><\/p>\n

dE\u00a0<\/span>int<\/span><\/sub>\u00a0= dQ – dW<\/span><\/strong><\/p>\n

L’\u00e9nergie interne E\u00a0<\/span>int<\/span><\/sub>\u00a0d’un syst\u00e8me a tendance \u00e0 augmenter si de l’\u00e9nergie est ajout\u00e9e sous forme de chaleur Q et a tendance \u00e0 diminuer si de l’\u00e9nergie est perdue en tant que travail W effectu\u00e9 par le syst\u00e8me.<\/span><\/p>\n

Voir aussi:\u00a0<\/span>Syst\u00e8me ouvert – Syst\u00e8me ferm\u00e9 – Syst\u00e8me isol\u00e9<\/span><\/a><\/strong><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Distinguer la temp\u00e9rature, la chaleur et l’\u00e9nergie interne<\/span><\/h2>\n

En utilisant la th\u00e9orie cin\u00e9tique, une distinction claire entre ces trois propri\u00e9t\u00e9s peut \u00eatre faite.<\/span><\/p>\n