Définition
Énergie interne
L'énergie interne d'un système thermodynamique est la somme des énergies microscopiques de toutes les particules qui le composent. Elle inclut l'énergie cinétique des particules ainsi que l'énergie potentielle résultant de leurs interactions.
Système thermodynamique
Un système thermodynamique est une quantité de matière ou une région de l'espace choisie pour l'analyse thermodynamique. Les systèmes peuvent être fermés, ouverts ou isolés.
Premier principe de la thermodynamique
Le premier principe de la thermodynamique, également connu sous le nom de principe de conservation de l'énergie, stipule que l'énergie d'un système isolé reste constante. Pour un système fermé, l'énergie peut être échangée sous forme de travail ou de chaleur.
Calcul de la variation d'énergie interne
Pour calculer la variation d'énergie interne (ΔU) d'un système, il est important de se référer au premier principe de la thermodynamique sous la forme de l'équation : ΔU = Q - W, où ΔU représente la variation d'énergie interne, Q est la chaleur échangée avec le milieu extérieur, et W est le travail effectué par le système sur son environnement.
Cette relation implique que si un système absorbe de la chaleur Q et effectue un travail W sur l'extérieur, son énergie interne augmentera. Inversement, si le système perd de la chaleur ou si un travail est effectué sur lui, l'énergie interne diminuera.
Applications spécifiques
Transformations isochoriques
Dans une transformation isochorique (à volume constant), le travail effectué W est nul. Par conséquent, la variation d'énergie interne est simplement égale à la chaleur échangée, soit ΔU = Q.
Transformations isothermes
Dans une transformation isotherme (à température constante), la variation d'énergie interne est nulle (ΔU = 0) pour un gaz parfait. Par conséquent, la chaleur échangée est entièrement convertie en travail, soit Q = W.
Transformations adiabatiques
Dans une transformation adiabatique, il n’y a aucun échange de chaleur (Q = 0). Ainsi, la variation d'énergie interne est entièrement due au travail, soit ΔU = -W. Cela signifie que le système utilise son énergie interne pour effectuer le travail ou, s'il subit un travail, son énergie interne augmente.
Facteurs influençant l'énergie interne
L'énergie interne d'un système dépend de plusieurs facteurs : la température, la quantité de substance, la nature des molécules et leurs interactions. Toute modification de ces paramètres peut conduire à une variation de l'énergie interne.