Sources extérieures d énergies

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1 Thermodynamique - Travail et chaleur Sources érieures d énergies Le travail W: our donner de l énergie sous forme macroscopique, il faut exercer une force qui déplace son point d application. our cela considérons un cylindre et un piston contenant du gaz (pompe à vélo obturée): d section σ F La force exerce sur le piston une pression érieure: = F σ L énergie mécanique apportée au système par la force est le travail élémentaire δw : i δ W = F d produit scalaire de la force par le déplacement du piston. 4 ième édition atrick HOFFMANN

2 Thermodynamique - Travail et chaleur Il vient: δ = = σ W Fd d L augmentation de volume érieur correspond à la diminution du volume du gaz: σ d = d Le travail gagné par le gaz (système), s écrit alors: δ W = d L évaluation du travail W lors d une transformation quelconque (,), est déterminée par l expression: W = d Dans le cas d une transformation quasi-statique, à tout moment il y a équilibre, en particulier pour les pressions: étant la pression du gaz. = D où pour une transformation quasi-statique (et seulement): et: δ W = d W = d 4 ième édition atrick HOFFMANN

3 Thermodynamique - Travail et chaleur 3 L apport de travail W sera toujours en relation avec une source caractérisée par une pression érieure ex: ex W état :,, T Source de Travail Système (our une transformation quasi-statique on vérifie: ex = ) our des transformations quasi-statiques, les coordonnées de Clapeyron, c est à dire les variables (,), sont commodes pour visualiser les échanges de travaux: Aire A = W Aire A = W 4 ième édition atrick HOFFMANN

4 Thermodynamique - Travail et chaleur 4 Lorsque la transformation, toujours quasi-statique, est cyclique, le sens du cycle correspond à un moteur ou à un récepteur: Aire A = W W = d "cycle Moteur" Dans les coordonnées de Clapeyron, le cycle tournant dans le sens des aiguilles d une montre, fournit du travail à l érieur: c est un moteur. Aire A = W W = d "cycle Récepteur" Dans les coordonnées de Clapeyron, le cycle tournant dans le sens trigonométrique, reçoit du travail de l érieur: c est un récepteur. Le travail W est de signe quelconque. Il est compté positif lorsque le système reçoit de l énergie mécanique sous forme macroscopique. 4 ième édition atrick HOFFMANN

5 Thermodynamique - Travail et chaleur 5 La chaleur Q: our donner de l énergie sous forme microscopique, il faut communiquer au système de l énergie cinétique moléculaire. Cela est possible en chauffant le système. Ce qui signifie pratiquement que l on met le système en contact avec un corps plus chaud (température T plus élevée: donc énergie cinétique moléculaire plus grande). Le temps et les lois mécaniques des chocs vont permettre la diffusion, de façon homogène, de cette énergie moléculaire moyenne dans tout le système. L énergie ainsi communiquée au système, est désignée sous le nom de chaleur Q. Attention à ne pas confondre les deux concepts T et Q. La chaleur Q est la variation d énergie cinétique moléculaire attachée à l ensemble des N molécules du gaz. La température T est proportionnelle à l énergie cinétique moyenne par molécule. L apport de chaleur pour une transformation infiniment petite sera symbolisée par: δq. our des transformations quasistatiques, nous justifierons plus loin les expressions suivantes: δ Q = C dt + d δ Q = C dt + h d δ Q = λ d + µ d 4 ième édition atrick HOFFMANN

6 Thermodynamique - Travail et chaleur 6 Dans tous les cas la chaleur communiquée au système par une transformation est calculée avec: Q δq = Là aussi l apport de chaleur Q sera toujours en relation avec une source caractérisée par une température érieure Tex: T ex Q état :,, T Source de Chaleur Système Bien entendu la chaleur Q est de signe quelconque. Elle est comptée positive lorsque le système reçoit de l énergie calorifique. 4 ième édition atrick HOFFMANN