energie interne et ses composantes

[merou]

Bonjour,

on divise l'energie interne d'un système en deux parties, l'une dite thermique et qui est due aux énergies cinétiques des constituants et l'autre partie constituée des energies potentielles entre les constituants du système . puis on dit que c'est la patie thermique qui peut se transmettre en chaleur et qui est responsable d'une variation de température . Mais il n' y a pas que l'energie cinétique des constituants qui constitue la partie thermique de l'energie interne, il y a aussi le rayonnement electromagnetique qui peut participer au transfert de chaleur ! je ne sais pas pourquoi on l'oublit donc il fallait dire que la partie thermique c'est l'energie de mouvement des constituants + le rayonnement EM qui se trouve dans le système ! votre avis S.V.P
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[Deedee81]

Salut,

je ne sais pas pourquoi on l'oublit donc il fallait dire que la partie thermique c'est l'energie de mouvement des constituants + le rayonnement EM qui se trouve dans le système ! votre avis S.V.P

Il n'y a pas d'énergie thermique stockée sous forme de rayonnement dans la matière.

Ce rayonnement n'existe que pour le transfert de chaleur.

Ainsi, dans un corps, l'énergie thermique est stockée sous forme d'énergie de translation, de rotation, de vibration. Qu'on peut toutes qualifier en quelque sorte d'énergies cinétiques. Et l'état des atomes et molécules peut changer et transmettre son énergie (chaleur) par contact (ou par échange) ou par rayonnement.

C'est le même principe qu'un électron qui change d'état dans un atome (bien que là les niveaux d'énergie sont nettement plus élevés, il faut de très haute température). Une molécule peut changer d'état de rotation en émettant un photon (infrarouge dans ce cas).

[Amanuensis]

Le message #1 ne parle pas de matière, il me semble. Il est plus général !

Quid du cas d'un gaz ? D'un gaz très dilué ? D'un plasma ?

[merou]

je suis d'accord, il n' y a pas de rayonnement stocké, du moins en grande quantité! mais le transfert par rayonnement se fait aux dépens de l'energie potentielle qui l'a fait naitre et dans ce cas une partie de l'energie potentielle fera partie de la part thermique de l'énergie interne ! C'est pourquoi à mon avis il faut abandonner cette division de l'énergie interne en deux parties et ne considérer qu'une seule énergie interne

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[mariposa]

Bonjour,

on divise l'energie interne d'un système en deux parties, l'une dite thermique et qui est due aux énergies cinétiques des constituants et l'autre partie constituée des energies potentielles entre les constituants du système . puis on dit que c'est la patie thermique qui peut se transmettre en chaleur et qui est responsable d'une variation de température . Mais il n' y a pas que l'energie cinétique des constituants qui constitue la partie thermique de l'energie interne, il y a aussi le rayonnement electromagnetique qui peut participer au transfert de chaleur ! je ne sais pas pourquoi on l'oublit donc il fallait dire que la partie thermique c'est l'energie de mouvement des constituants + le rayonnement EM qui se trouve dans le système ! votre avis S.V.P

Bonjour,

En première approximation on peut décrire l'énergie interne d'un système de particules comme la somme des énergies cinétiques et des énergies potentielles interparticules. A ce premier niveau de description il manque tout de même le couplage avec un potentiel extérieur indépendant du temps. En effet la somme des 3 formes d'énergie précédentes est une constante du mouvement E° cad indépendante du temps.


A un niveau de description supérieure les particules ne sont pas ponctuelles mais sont à part entière des systèmes possédant des degrés de liberté internes: Elles peuvent tourner sur elles mêmes autour de leurs centres de gravité respectives et vibrer selon leurs modes propres. Bien entendu en integrand l'énergie associées à ces nouveaux degrés de liberté on a toujours une constante de mouvement.


Au niveau de description supérieure les énergies de rotation et de vibration sont quantifiés. Ce qui a pour conséquences que les échanges d'énergies se font par quanta et comme les particules portent des charges électriques les échanges se font par photons et ces nouvelles "particules" possédent une énergie. Bien entendu en integrand l'énergie associée à ce nouveaux degré de liberté on a toujours une constante de mouvement E°.

Enfin il y à un niveau de description supérieur, car précedemment on a implicitement suppopsé que l'on avait une séparabilité des degrés de liberté facilement identifiables. Dans la matière condensée (liquide, solide, étoiles à neutrons) cela n'est plus possible.

On montre que ces systèmes complexes sont équivalents à des particules fictives (on les appele quasi-particules) interagissant avec des particules fictives (qui sont analogues aux photons) que l'on appelle phonons, excitons, magnons , rotons etc...

Bien entendu en integrand l'énergie associées à ces nouveaux degrés de liberté on a toujours une constante de mouvement E°.


Au niveau microscopique, il n y a aucune notion de chaleur. C'est seulement pour un gaz parfait de molécules sans interactions que l'on peut assimiler l'énergie cinétique moyenne des molécules à des échanges de chaleur (ce que l'on appelle l'agitation moléculaire).

En effet dU = dQ

ce qui veut dire que la pertes d'énergie cinétique du gaz est perçu comme un transfert de chaleur positif vers l'extérieur du système.

L'équilibre entre tous les degrés de liberté précedents peut se traduire pour un système à température T par une probabilité d'être dans l'énergie E par:

P(E) = exp [-E/k.T]

où E est l'énergie totale du système

[Deedee81]

Salut,

Le message #1 ne parle pas de matière, il me semble. Il est plus général !

Quid du cas d'un gaz ? D'un gaz très dilué ? D'un plasma ?

J'avais même pensé encore pire : une cavité. Mais je n'ai pas voulu embrouiller avec des cas un peu "extrême".

je suis d'accord, il n' y a pas de rayonnement stocké, du moins en grande quantité! mais le transfert par rayonnement se fait aux dépens de l'energie potentielle qui l'a fait naitre et dans ce cas une partie de l'energie potentielle fera partie de la part thermique de l'énergie interne !

Au dépend de l'énergie potentielle OU de l'énergie thermique interne.

Oui, je suis d'accord, il y a transformation des différentes sources d'énergie.

C'est pourquoi à mon avis il faut abandonner cette division de l'énergie interne en deux parties et ne considérer qu'une seule énergie interne

Ca dépend de l'usage. Dans mon bon vieux cours de thermo, en tout cas au départ, on notait U, point barre, et on se fouttait pas mal du détail. A contrario il est parfois utile de connaitre les différentes formes de l'énergie interne, par exemple pour l'étude détaillée du spectre de rayonnement (le spectre de rotation n'est pas le spectre de vibration). L'énergie interne peut ainsi être la somme de nombreux termes.

Dans ton premier message tu dis "on" divise l'énergie interne...etc...

Mais c'est qui "on" ? Et dans quel contexte ?

[Amanuensis]

Si on est capable d'isoler un système, son énergie interne, devrait être sa masse multiplié par c², non ?

L'énergie thermique, c'est, pour un système stable dans le temps, il me semble, ce qui est échangé continuellement entre certains degrés de liberté ("en équilibre thermique"), et cela contient aussi bien des termes cinétiques que des termes potentiels, et cela peut inclure des termes de rayonnement s'ils participent à l'équilibre thermique.

Il me semble qu'en thermo, l'énergie interne est à périmètre variable selon la problématique (mais à périmètre constant pour une application donnée), incluant au moins l'énergie thermique au sens ci-dessus, mais allant rarement jusqu'à l'énergie mc².

Il me semble que le "périmètre" et la distribution en "composantes" dépend effectivement de l'usage qu'on en veut en faire !

[philou21]

Je m'immisce...Connaissez-vous la proportion radiative de l'énergie interne du soleil ?

[mariposa]

Si on est capable d'isoler un système, son énergie interne, devrait être sa masse multiplié par c², non ?

Absolument.

Si on prend le soleil qui n'est pas un système en équilibre thermodynamique, il n'en reste pas moins qu'il a (en négligeant les pertes par rayonnement et le vent solaire) une énergie bien définie et donc une masse. Connaissant cette masse on peut calculer le champ métrique et donc les géodésiques suivient par es particules tests.

L'énergie thermique, c'est, pour un système stable dans le temps, il me semble, ce qui est échangé continuellement entre certains degrés de liberté ("en équilibre thermique"), et cela contient aussi bien des termes cinétiques que des termes potentiels, et cela peut inclure des termes de rayonnement s'ils participent à l'équilibre thermique.

L'énergie thermique n'a pas de sens au niveau microscopique. pour donner du sens il faut trouver un système de particules (réelles ou fictives) pratiquement indépendantes (cad où l'énergie cinétique est faible devant les potentiels intermoléculaires). C'est par exemple le cas d'un gaz parfait ou quasi-parfait ou encore les vibrations des atomes dans un solide au-dessus de la température de Debye (dans ce cas chaque atome se comporte comme un oscillateur harmonique indépendant du mouvement des autres atomes)

Il me semble qu'en thermo, l'énergie interne est à périmètre variable selon la problématique (mais à périmètre constant pour une application donnée), incluant au moins l'énergie thermique au sens ci-dessus, mais allant rarement jusqu'à l'énergie mc².

Il me semble que le "périmètre" et la distribution en "composantes" dépend effectivement de l'usage qu'on en veut en faire !

Quand il n y a pas de réactions nucléaires la masse des particules est une constante et donc n'intervient pas dans les bilans d'échange de forme d'énergie.

Par ailleurs on définit un système thermodynamique comme un système muni d'une paroi (réelle ou fictive) délimitant le système et le reste que l'on appelle univers. C'est donc une question de choix qui dépens de la nature du problème.

[mariposa]

Je m'immisce...Connaissez-vous la proportion radiative de l'énergie interne du soleil ?

A l' échelle humaine les pertes par rayonnement du soleil doivent être plus qu'infinitésimales relativement à son énergie interne, sinon la durée d'une année évoluerait significativement.

[Deedee81]

A l' échelle humaine les pertes par rayonnement du soleil doivent être plus qu'infinitésimales relativement à son énergie interne, sinon la durée d'une année évoluerait significativement.

Je me demande surtout s'il ne parlait pas de la quantité d'énergie "stockée" sous forme de rayonnement dans la partie dite radiative du Soleil (sous la couche dite convective).

Ca doit représenter quand même une sacrée quantité d'énergie (mais bon, on parle de températures à 6 ou 7 chiffres là !!!!). On devrait avoir une estimation avec la loi de Stephen (plus sur du nom, la loi en T^4 quoi).

[philou21]

Je me demande surtout s'il ne parlait pas de la quantité d'énergie "stockée" sous forme de rayonnement dans la partie dite radiative du Soleil (sous la couche dite convective)...

Farpaitement !

[mariposa]

Je me demande surtout s'il ne parlait pas de la quantité d'énergie "stockée" sous forme de rayonnement dans la partie dite radiative du Soleil (sous la couche dite convective).

Ca doit représenter quand même une sacrée quantité d'énergie (mais bon, on parle de températures à 6 ou 7 chiffres là !!!!). On devrait avoir une estimation avec la loi de Stephen (plus sur du nom, la loi en T^4 quoi).

OK,

Je ne connais pas la physique d'une étoile, mais dans le principe le calcul est simple.

Si on connait la température et l'épaisseur de la couronne et donc le volume on sait calculer l'énergie lumineuse stockée. Ce qui va faire un gros chiffre. Il faut une échelle de comparaison. On peut prendre l'énergie de masse du soleil ou encore plus significativement l'énergie potentielle de masse concernant la conversion de l'hydrogène en hélium.

Tout cela doit se trouver dans les livres d'astrophysiques.

[Amanuensis]

On trouve par-ci par-là la durée "d'un photon" à l'intérieur du Soleil. Disons entre le moment d'un événement de transformation énergie nucléaire -> énergie radiative et le moment où cette "même énergie" (si on peut dire) est irradiée par la surface.

On trouve par exemple 50 millions d'années.sur un site.

Cela voudrait dire que l'énergie stockée est la puissance irradiée fois ce temps, soit 4 10²⁶ W fois cette durée = 6 10⁴¹ Joule

C'est à dire 3.5 ppm de la masse du Soleil...

Paraît beaucoup ??

[philou21]

...Paraît beaucoup ??

En terme de masse non bien sûr mais quand je m'interrogeais sur la part de l'énergie de rayonnement dans l'énergie interne, je n'incluais pas la masse des particules dans cette énergie interne.