Premier principe de la thermodynamique
Si l’on considère un système qui peut passer d’un état A à un état B en empruntant différents chemins, le bilan thermodynamique :
Par définition la somme
du système. (U est une fonction d'état. Cela veut dire que sa variation ne dépend que de l’état initial A et de l’état final B, elle est donc indépendante de la nature de la transformation.)
On peut donc écrire :
Si la transformation est infinitisémale, l’expression du premier principe s’écrit :
- Système isolé :
- Système à l’état gazeux - Loi de Joule : La variation de l’énergie interne d’un système gazeux ne dépend que de sa température. Donc si TB = TA et si le système est gazeux
- Transformation cyclique :
- Le travail :
- Pour une transformation réversible : .
- Pour une transformation irréversible : .
- Pour une transformation réversible :
- Diagramme de Watt : (P,V), utilisé pour un système de masse variable.
- Diagramme de Clapeyron : pour les systèmes de masse constante.
- Diagramme de Watt : Le travail des forces de pression est égal à l'opposée de l'aire algebrique sous la courbe d'évolution.
- Diagramme de Clapeyron : L'opposée de l'aire sous la courbe est égale au travail massique w.
Pour une transformation cyclique, le travail est égal à l'opposée de l'aire algébrique du cycle.
- Cycle décrit dans le sens trigonométrique : .
- Cycle décrit dans le sens horaire : (moteur).
- Cas des liquides :
- Cas des gaz :
- Transformation isochore (dV = 0) :
- Transformation isobare (dP = 0) :
-
Transformation adiabatique :
- Transformation isochore (dV = 0) :
- Transformation isobare : fonction enthalpie
1er principe :
On appelle enthalpie la fonction H :
donc :
La quantité de chaleur reçue par un gaz parfait au cours d'une transformation isobare est égale à sa variation d'enthalpie.
- Transformation isochore :
1er principe :
donc
La quantité de chaleur reçue par un gaz parfait au cours d'une transformation isochore est égale à sa variation d'énergie interne.
- Transformation adiabatique :
1er principe :
Donc
- Transformation isochore : (1ére loi de Joule)
Donc
- Transformation isobare : (2ème loi de Joule)
Donc
- Quelle que soit la transformation que subie le gaz, (car U est une fonction d'état, sa variation est indépendante de la nature de la transformation), c'est la première loi de Joule.
- Quelle que soit la transformation que subie le gaz, (car H est une fonction d'état, sa variation est indépendante de la nature de la transformation), c'est deuxième loi de Joule.
Relation de Mayer :
Coefficient de Laplace :
- Pour un gaz parfait monoatomique :
- Pour un gaz parfait diatomique :
- On a donc :
- Pour une transformation adiabatique et réversible évoluant de l'état 1 à l'état 2 :
Ou
Si la
- Transformation isotherme du gaz parfait :
- Transformation isobare du gaz parfait :
- Transformation isochore d'un gaz parfait :
- Transformation adiabatique du gaz parfait :
Loi de Laplace :
Autres expressions de la loi de Laplace :
- Thermochimie : c'est l'application des principes de la thermodynamique classique aux réactions chimiques.
- Réaction exothermique : La réaction absorbe de la chaleur, .
- Réaction endothermique : La réaction dégage de la chaleur, .
Au cours d'une réaction chimique la somme des variations de l'enthalpie des différents constituants représente la variation de l'enthalpie de cette réaction entre les deux états initial et final.
L'enthalpie de réaction d'une réaction chimique est égale à la somme des enthalpies de formation des produits (état final), diminuée de la somme des enthalpies de formation des réactifs (état initial).
Dans les conditions standards :
Les enthalpies de formation des corps simples dans leur état physique le plus stable et dans les conditions standards sont nulles.
Les variations d'enthalpies sont en général données à 298 K.
La loi de Kirchhoff consiste à déterminer l’enthalpie de réaction à une température T différente de celle de l’état standart. Autrement dit, sachant les enthalpies des différents constituants à l’état standart (298K) on arrive à retrouver la variation de l’enthalpie de la réaction à une température supérieure de l’état standart.
avec
On effectue de 3 manières différentes une compression qui amène un mélange air-essence de l’état 1 à l’état 2 avec :
Etat1 :
Etat 2 :
La première évolution est isochore puis isobare, la deuxième est isobare puis isochore, la troisième est isotherme (PV=Cte). Sachant que l’on a
Calculez
Calculez les travaux dans les 3 cas .Déduisez-en les chaleurs échangées : sont-elles reçues ou évacuées.
Calcul de
Calcul des travaux:
Il suffit de calculer les surfaces situées entre l’axe des abscisses et le trajet de la transformation.
On peut en déduire les chaleurs échangées car
Le signe est négatif, donc ces chaleurs sont perdues par le gaz (qui s’échauffe donc )
