[PDF] Chapitre 3 Bilans d’énergie : le premier principe de la

Premier principe de la thermodynamique Bilans énergétiques I

II Bilan énergétique d’une transformation isochore On suppose le système macroscopiquement au repos dans le référentiel d’étude supposé ga-liléen On suppose que seules les forces de pressions sont susceptibles de travailler (pas de travailélectriqueparexemple) Lepremierprincipes’exprimedoncsouslaforme: U= W+ Q 1

Chapitre 3 Bilans d’énergie : le premier principe de la

30 Chapitre 3 Bilans d’énergie : le premier principe de la thermodynamique diverses formes Dans le cas présent, ce sont les chocs entre la masse en mouvement et les particules constituant l’air qui ont transféré l’énergie cinétique d’ensemble de la masse M en

TD 1 Rappels de Thermodynamique – Bilan énergétique

Rappels de Thermodynamique – Bilan énergétique Exercice 1 : Chauffage d’eau dans une théière 1,2 litre d’eau liquide à 15°C sont chauffés dans une théière équipée d’une résistance électrique de 1200W La théière pèse 0,5kg et sa capacité calorifique est de 0,7kJ/kg/K On néglige les pertes de chaleur

Feuille de TD n°1 Rappels de Thermodynamique – Bilan énergétique

Rappels de Thermodynamique – Bilan énergétique Exercice 1 : Refroidissement d'un moule verrier Les moules destinés à la fabrication de bouteilles en verre ont deux fonctions La première est de donner sa forme à la bouteille La deuxième est de refroidir suffisamment le verre pour le

Thermodynamique

thermodynamique en insistant sur les concepts de base et le vocabulaire spéci-fique (second principe de la thermodynamique (chapitre 4) et ses conséquences : analyse thermodynamique des dégradations d’énergie (chapitre 6)) Les cha-pitres 3 et 7 concernent quant à eux des aspects plus classiques, généralement

1 Bilan énergétique pour un système fermé

Bilan énergétique δW +δQ c +δQ f = 0 w u +q c +q f = 0 Bilan entropique δQ f T f + δQ c T c ⩽ 0 q f T f + q c T c ⩽ 0 Pour les systèmes fermés : Les transferts énergétiques au cours d’un cycle thermodynamique sont très faibles, on pourra donc considérer les températures des sources comme constantes au cours d’un cycle

Second principe de la thermodynamique Bilans entropiques

Second principe de la thermodynamique Bilans entropiques Le premier principe s’appuie sur le concept fondamental d’énergie L’énergie d’un système

T3 – PREMIER PRINCIPE BILANS D’ENERGIE´

un système thermodynamique, il s’agit de la fonction d’état appelée enthalpie H (§V) Nous verrons combien cette fonction d’état est utile pour effectuer un bilan énergétique pour des sys-tèmes évoluant sous une pression extérieure constante – d’où son intérêt en particulier en chimie

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29

Chapitre3

Bilansd'énergie:lepremier

principedelathermodynamique d'énergieinterne

3.1.1.Lesénergies

3.1.1.1.Exemple1

ence i nt e calor i fugée et fermée ressort air masse

Fig.3.1.

Bilandesénergiesintervenantici:

-Ecmacrodelamasse ungaznonparfait). vement;ilssedéplacent"enbloc". constante.

3.1.1.2.Exemple2

d'énergiesontalorsdé...nies: -Ecmacro=12 référentielbarycentrique; fait).

3.1.1.3.Conclusion

-Ecmacro=12 totaleetGcentredegravité tielbarycentrique;

Section3.2Letravaildesforcesdepression31

dynamiquephysiquedemathsup.

3.1.2.Leséchangesd'énergie

forcesetletransfertcalori...que.

3.1.2.1.TransfertparletravailWd'uneforce

W=Z

±W=Z¡!F:¡!dl:

3.1.2.2.Transfertcalori...que

étantàéviter.

3.2.Letravaildesforcesdepression

3.2.1.1.Exemple1piston

coulissant Pext cales air (GP)

Pi sont enlevées

Fig.3.2.

3.2.1.2.Exemple2piston libre de

coulisser P 0 air (GP) P i=P0 à t=0, une masse M est placée sur le piston

état initial (t<0) état final P

0 M Pf g

Fig.3.3.

Section3.2Letravaildesforcesdepression33

homogènedanstoutlesystème! systèmeet"poussant"surcelui-ci. (transformationélémentaire) récipient.

±W=¡PextdV:

W=Z fin P extdV: toujourségaleàlapressioninterne.

Exemple3

±W=¡PdV

etpourlatransformationglobale W=Z

±W=¡Z

PdV

3.2.5.1.Evolutionisochore(V=cte)

3.2.5.2.EvolutionavecPext=cte

W=¡Z

P estdV=¡PextZ dV=¡Pf(Vf¡Vi): peutdoncécrire:

±W=¡PextdV=¡PdV

avec

P=nRTV

soit

±W=¡nRTdVV

quis'intègreen:

W=¡nRTlnµVfV

=nRTlnµPfP

3.2.6.LediagrammedeClapeyron

Rédactionultérieure

3.3.Lepremierprincipedela

thermodynamique miseendéfaut.

3.3.1.Enoncé

Wdepression:

¢(Em+U)=W+Q:

force. simpli...ersouslaformesuivante:

¢U=W+Q:(1)

étatstrèsproches):

dU=±W+±Q:(2)

3.3.2.1.Positionduproblème robinet

V 1 gaz V 2 vide V1 gaz V2 vide ou paroi retirable parois

calorifugées Fig.3.4.Représentationdesdeuxcon...gurationspossiblesdansl'expériencedeJoule(étatsinitiaux

descompartiments) V

3.3.2.2.Résolutionduproblème

Lesystèmeconsidéréestlegaz.

vide). détentedeJoule-GayLussac.

3.3.2.3.DétentedeJouled'ungazparfait

Lussacd'ungazparfaitestisotherme.

U=nCVmT¡n2aV

:(3) nCVm(Tf¡Ti)=n2aµ1V f¡1V V

3.3.3.Calculsdetransfertthermique

Exemple2:l'évolutionisochore.

Q=¢U=nCVm(Tf¡Ti):

calori...ques)

3.4.1.Introductiondel'enthalpie

±W=¡PextdV

soit

W=¡P0(Vf¡Vi):

Q=¢U¡W=Uf¡Ui+P0Vf¡P0Vi

=(Uf+P0Vf)¡(Ui+P0Vi) =¢(U+PV):

H=U+PV:

Q=¢H;

Rappel:àvolumeconstant,W=0donc:

Q=¢U;

3.4.2.Lescapacitésthermiques

C P P uneélévationdetempératurede1K. C V V uneélévationdetempératurede1K.

Onpeutdé...nirégalement:

système); ouencore: matière);

Unedépendquedelatempérature,donc

V dT=CVdT soit U

GP=CVT:

thermique(T=0):U=0.

D'autrepart:

H=U+PV=CVT+nRT=(CV+nR)T:

Or C P donc,pourungazparfait C

P=CV+nR;

C pm=Cvm+R

C'estlarelationdeMayer.

°=CPC

V: VC P°

Silegazn'estpasungazparfait:

-àvolumeconstant¢U=Qrestevalable;

3.4.2.6.Phasecondensée

3.4.3.1.PositionduproblèmeP

1 P2

T1 T2 P

1 T1 P 2

T2 goulot

d'étranglement paroi poreuse écoulement écoulement ou parois calorifugées

3.4.3.2.Résolutionduproblème

droitdelaparoiporeused'autrepart. 1 T 1 P 2 T

2 paroi

poreuse parois calorifugées A A'

B B' C C' D D' Fig.3.6.

dU=±W+±Q U

A0B0C0D0¡UABCD=±W+±Q:(4)

U

A0B0C0D0=UA0B0CD+UCC0D0D(5)

U

ABCD=UABB0A0+UA0B0CD:(6)

±W=¡P1dV1¡P2dV2;(7)

U

CC0D0D¡UABB0A0=P1VABB0A0¡P2VCC0D0D

soit U

CC0D0D+P2VCC0D0D=UABB0A0+P1VABB0A0

H

CC0D0D=HABB0A0:(8)

H

CC0D0Dm

CC0D0D=HABB0A0m

ABB0A0;

soit h 2=h1: deJoule. estsusceptibledevarier. parfait.quotesdbs_dbs15.pdfusesText_21