1er principe de la thermodynamique

[Julees]

Bonjour,

Dans mon cours, j'ai ces 2 formules :
dEc+dEp+dU=W(Fext.non-conservatives) +Q
dEc+dU=W(Fext.toutes)+Q
qui sont équivalentes puisque dEp=-W(Fext.conservatives).

Seulement j'ai aussi trouvé celle-ci :
dU=W(Fext.toutes)+Q
qui semble également logique de par le théorème de conservation de l'énergie et la définition de U.

Pourtant, a partir des 1eres formules : dU=W(Fext.toutes)+Q-dEc=W(Fext.toutes)+Q-W(Fext.toutes) =Q soit dU=Q, ce qui est contradictoire avec la 2eme formule.

Pouvez vous m'aider à comprendre la nuance ?
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[gts2]

La deuxième formule dU=dW+dQ est l'expression usuelle en thermodynamique usuelle dans laquelle on peut "oublier" l'énergie cinétique macroscopique.

Si vous étudiez un réfrigérateur, son énergie cinétique ne varie pas trop.

Remarque : vos expressions sont à modifier : non homogène d'un point de vue différentiel.

Votre dernière expression est inexacte : l'égalité
W(Fext.toutes)+Q-dEc=W(Fext.toutes)+Q-W(Fext.toutes) suppose que dEc=W(Fext.toutes) ce qui n'est pas le cas : le théorème de l'énergie cinétique s'énonce dEc=W(F toutes) autrement dit forces intérieures et extérieures.

[Amanuensis]

Remarque : vos expressions sont à modifier : non homogène d'un point de vue différentiel.

Certes, mais ce ne sont pas des expressions entre différentielles. dU=dW+dQ pose problème aussi. Quitte à proposer de modifier, on peut aller plus loin et proposer dU = δW + δQ

Si on refuse la notation en delta (par exemple parce qu'il faut l'expliquer), à choisir entre W et dW, peut-être W est mieux, en fait . (Et ça balaye sous le tapis la notion de forme différentielle...)

[gts2]

D'accord, mais c'était pour m'alléger la frappe : allez cherchez le \delta ou passez en mode TEX !

[A voir en vidéo sur Futura]

[Amanuensis]

D'accord, mais c'était pour m'alléger la frappe : allez cherchez le \delta ou passez en mode TEX !

Mon astuce : j'ai un onglet ouvert sur https://www.lexilogos.com/clavier/ellenike.htm, et je fais du copier-lacoller.

Une autre astuce, le clavier Elrick (https://sourceforge.net/p/frelrick/wiki/Accueil/)

Je suis d'accord que le TEX sur ce forum n'est pas idéal...

[gts2]

Merci pour l'astuce !

[Julees]

Ah je ne savais pas que la deuxième loi de newton prenait aussi en compte les forces intérieures au système !
Et dEp ? Est-ce égal à δW(Fext.conservatives) ou δW(Fconservatives) au sens intérieures et extérieures ?
(j'ai cette fois ci noté δ pour éviter les confusions).

Pour revenir au 1er principe, je ne l'ai pas noté (désolé ) mais dEc sous entend dEc.macro dans la formule donc :
dEc.macro+dU=δW(Fext.toutes)+δ Q
ce qui ne résout pas mon problème (est-ce la formule qui est incorrecte ?)

[gts2]

La deuxième loi de Newton fait bien intervenir les forces extérieures.
On parle ici du théorème de l'énergie cinétique.

Dans l'énoncé du premier principe dEc est en effet dEc macro (le dEc micro est dans dU)
Idem pour le dEp qui est de dEp macro (dEp micro est dans dU)

"ce qui ne résout pas mon problème" : quel problème reste-il ?

[Julees]

Si je repose le 1er principe :
dEc.macro+dU=δW(Fext.toutes)+δ Q
or dEc.macro=δW(Fext.toutes) (pas de forces intérieures ici puisque l'on parle d'énergie cinétique macroscopique non ?), donc dU=δQ ?? C'est évidemment faux mais je n'arrive pas à saisir d'où vient le problème...

[Amanuensis]

Si je repose le 1er principe :
dEc.macro+dU=δW(Fext.toutes)+δ Q
or dEc.macro=δW(Fext.toutes) (pas de forces intérieures ici puisque l'on parle d'énergie cinétique macroscopique non ?), donc dU=δQ ?? C'est évidemment faux mais je n'arrive pas à saisir d'où vient le problème...

J'ai toujours été un peu troublé par ces sujets, mais une force extérieure qui fait diminuer le volume (ou plus généralement change la forme de quelque chose d'élastique) ne change pas l'énergie cinétique macroscopique (qui me semble être 1/2 Mv², avec M la masse totale et v la vitesse d'ensemble, et donc dépendant du référentiel), mais change U.

Ce serait dEc.macro=δW(Fext.toutes) qui est faux.

[Julees]

En effet bien vu ! Les énergies microscopiques ne sont pas nécessairement liées aux forces intérieures ...

Mais alors n'y a-t-il pas un moyen de retrouver ce premier principe (dEtot=dEp.macro+dEc.macro+dU= δW(Fext.toutes)+δQ)?

[yvon l]

Bonjour,
Pour éviter toutes confusions, je distingue l’énergie proprement dite d’un système des transferts énergétiques que le système peut subir.
L’énergie du système U en thermodynamique est la somme de 3 formes d’énergies: potentiel, cinétique et thermique.
Pour que le système subisse une variation d’énergie dU, il doit avoir un phénomène de transfert d’énergie entre le système et le milieu extérieur au système.
En thermodynamique on distingue deux types de transfert: un transfert structuré appelé travail W et un transfert de type thermique (déstructuré) appelé chaleur Q.
On peut alors écrire: dU=W+Q.

[Julees]

Bonjour Yvon !
C'est plutôt clair définit ainsi,merci. Je crois que je dois surtout essayer de m'y retrouver entre forces intérieures et extérieures et leurs liens avec l'énergie microscopique et macroscopique.

Cependant lorsque vous parlez d'énergie cinétique du système et d'énergie thermique, n'est-ce pas la même chose ?

[gts2]

dEc.macro=δW(Fext.toutes) (pas de forces intérieures ici puisque l'on parle d'énergie cinétique macroscopique non ?)

Prenons un système masse ressort avec ressort initialement comprimé.
Si le système est la masse seule , le travail étant celui du ressort sur la masse.
Si le système est {masse, ressort} la force du ressort sur la masse devient une force interne et la travail étant celui des forces entre les atomes.

[Amanuensis]

Cependant lorsque vous parlez d'énergie cinétique du système et d'énergie thermique, n'est-ce pas la même chose ?

Le pb est que si on prend le total des énergies cinétiques des composants du système même à centre de masse immobile, ce n'est pas toute l'énergie interne ou thermique. Cela se voit bien dans le cas d'un système masse-ressort (microscopique) : l'énergie cinétique varie cycliquement, l'énergie potentielle du ressort aussi, et seule la somme des deux est pertinente (et diminue petit à petit cause pertes).

Faut donc compter dans l'énergie interne (= thermique) les énergies cinétiques et les énergies potentielles susceptibles de se transformer en énergie cinétique.

Les vibrations inter-atomiques (angles ou distances) dans une molécule sont de type masse-ressort, et évidemment "microscopiques".

[yvon l]

Cependant lorsque vous parlez d'énergie cinétique du système et d'énergie thermique, n'est-ce pas la même chose ?

Prenons des exemples:
1) je suis dans ma voiture et je freine.
Système a: la voiture, système b tout l'univers sauf la voiture. d Ua <0 perd de l'énergie cinétique, et l'univers d Ub >0 gagne de l'énergie; On le constate via le transfert de type travail= F.d au niveau du frein . F dans ce cas est dissipatif. -d Ua = d Ub = F.d
2) la voiture, sur sa lancée, monte une cote.
d Ua <0: la voiture perd de l'énergie cinétique, d UB >0 : l'univers voit sont énergie potentiel augmentée. La voiture est soumise à un transfert W=F.d non dissipatif (cas idéal) W=F.d. ; On aura ici -d Ua= d Ub = F.d
3) Un feu de bois : Ua : le bois + oxygène nécessaire, Ub reste de l'univers: d Ua <0 erd de l'énergie chimique , dU B >0 gagne de l'énergie thermique. Le transfert est Q tel que -d Ua =d Ub = Q.
Attention, ne pas confondre énergie thermique et chaleur Q. En physique, la chaleur est un transfert: flux d'énergie thermique.

[Julees]

D'accord, donc pour U=Ec.micro+Ep.micro, "micro" est sous entendu sens "interne". Et donc Ep.micro=Ep.interne est une partie de l'énergie appelée thermique.

Pour ce qui est transfert d'energies et energies je sais faire la différence pas de soucis pour cela

Merci d'avoir donné un peu de votre temps ! Que ce soit Yvon, gts2 ou Amanuensis

[Amanuensis]

D'accord, donc pour U=Ec.micro+Ep.micro, "micro" est sous entendu sens "interne".

Plutôt au sens "un très grand nombre de degrés de liberté chacun avec un peu d'énergie". Le grand nombre est plus pertinent que le côté "interne", même si c'est lié.

C'est ma manière de voir la différence entre la mécanique et la thermodynamique, peu de degrés de liberté pour la première (et on peut faire un traitement détaillé), un énorme nombre pour la seconde (et on fait un traitement statistique).