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Nouveaux programmes de Terminales S rentrée2012
Eléments de formation sur la partie « Transferts
d’énergie entre systèmes macroscopiques »
Les attendus du BO spécial n
°8 du 13 octobre 2011:
http://www.education.gouv.fr/pid25535/bulletin_officiel.html?cid_bo=57537
Notions de système et d’énergie interne.
Interprétation microscopique.
Capacité thermique.
Transferts thermiques : conduction, convection,
rayonnement.
Flux thermique. Résistance thermique.
Notion d’irréversibilité.
Bilans d’énergie.
Savoir que l’énergie interne d’un système
macroscopique résulte de contributions
microscopiques.
Connaître et exploiter la relation entre la variation
d’énergie interne et la variation de température pour
un corps dans un état condensé.
Interpréter les transferts thermiques dans la matière
à l’échelle microscopique.
Exploiter la relation entre le flux thermique à travers
une paroi plane et l’écart de température entre ses
deux faces.
Établir un bilan énergétique faisant intervenir
transfert thermique et travail.

« Physique statistique » B.Diu, C. Guthmann, D. Lederer, B. Roulet , Hermann (page 146)
L'évolution d'un système macroscopique est régie par les lois microscopiques d'interaction entre
ses constituants, et respecte de ce fait certaines lois de conservation : citons par exemple la
conservation de l'énergie, celle du nombre de molécules d'un corps pur donné si le système est
inerte chimiquement,...
Les lois de conservation s'expriment le plus simplement dans le cas d'un système isolé :si le
système est placé dans des conditions telles qu'il ne peut échanger d'énergie avec son
environnement, son énergie totale reste constante au cours du temps ; si les parois qui
l'enferment ne laissent passer aucune matière, le nombre total de molécules (ou d'atomes) qu'il
contient reste constant. Dans de telles situations, les grandeurs conservées se comportent comme
des paramètres extérieurs, puisqu'elles gardent une valeur fixe et certaine, imposée par des
conditions de préparation du système.
Mais si le système n'est pas isolé, certaines de ces grandeurs sont des variables internes : par
exemple, si des échanges d'énergie se produisent entre le système et son environnement,
l'énergie du système lui-même ne reste pas fixée ; même à l'équilibre macroscopique, elle fluctue
et possède donc une distribution statistique. Cependant, les fluctuations d'une telle grandeur
doivent respecter la loi de conservation : lorsque l'énergie du système diminue, celle de son
environnement augmente exactement d'autant.
Ces considérations appellent une remarque importante ; lorsqu'on veut appliquer la mécanique
statistique à un problème concret, il est indispensable de commencer par définir de manière
précise le système que l'on va considérer et de bien distinguer entre les paramètres extérieurs
fixés et les variables internes libres de fluctuer. Ceci est essentiel : beaucoup d’erreurs et
d’incompréhensions proviennent d’ambiguïtés concernant la délimitation du système auquel on
applique tel ou tel résultat général, et la situation précise dans laquelle il se trouve .
BO : Système

« Construction » de l’énergie totale d’un système
système
extérieur
G
v
G
Énergies cinétiques
Énergies potentielles
-déplacement d’ensemble du
système = EcMacro
- déplacement des constituants
dans le réf. barycentrique =
EcMicro
- des forces extérieures = Epext
- des forces intérieures = Epint
Énergie interne
int
p
micro
c
ext
p
Macro
cEEEEE 
Énergie totale :
int
p
micro
cEEU 
BO : Savoir que l’énergie interne d’un
système macroscopique résulte de
contributions microscopiques

Premier principe pour les systèmes fermés
(qui ne sont le siège d’aucune variation d’énergies potentielles macroscopiques ni de variations d’énergie cinétique macroscopique)
système extérieur
rr12 QWUUU 
Travail
« reçu »
Transfert thermique
« reçu »
Fonction d’état : indépendante « du chemin »
Grandeurs algébriques comptées positives si le
système « reçoit », négative sinon
Machine motrice : moteur, turbine … Wr< 0
Machine réceptrice : PAC, frigo, compresseur… Wr> 0
Question de système : on se place du point de vue du fluide et non de l’arbre mécanique de sortie !
Les « électriciens » se positionnent en général avec la convention opposée, source possible de « mésententes »

Premier principe pour les systèmes fermés
(qui ne sont le siège d’aucune variation d’énergies potentielles macroscopiques, ni de variations d’énergie cinétique macroscopique)
rr QWU 
rr QWdU 
Pendant dt :
dVPW extr .
Travail des forces de
pression :
Travail électrique :
dt².RIW r
Adiabatique
(parois
calorifugées) :
J0Qr 
Flux
thermique F:
dtQr.F
(Watt)
rr QW
ne sont pas des fonctions d’état, les variations de ces deux
grandeurs dépendent du « trajet » suivi
et
(Watt)
(Joule) (Joule)
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/firlaw.html#c1