Interprétation microscopique du travail et de la chaleur

Interprétation microscopique
de la chaleur et du travail
A
isolant thermique
Deux systèmes isolés thermiquement
A'
ΔEA = Q
A
conducteur thermique
Interaction purement thermique
A'
ΔEA : changement de l’énergie interne du système A
Q : chaleur extraite de l’environnement (A’) et
absorbée par le système A
Représentation microscopique de la chaleur
V demeure constant
changent
(paramètre
externe)
Transfert de chaleur Q  Etot augmente
E
∆E = Q
Les niveaux d’énergie demeurent les mêmes
car les paramètres externes sont constants
Interaction purement mécanique
A
Interaction purement mécanique
ΔEA = − W
A
ΔEA : changement de l’énergie interne du système A
W : travail effectué sur l’environnement par le système
Représentation microscopique du travail
Dépendra de la rapidité du processus
identiques?
Travail W  V augmente  les niveaux d’énergie changent!
E
∆E = -W
Les niveaux d’énergie ont changé car les
paramètres externes ont changé
Deux systèmes isolés mécaniquement
et thermiquement
T
A
A'
isolant
thermique
Interaction purement thermique
T
A
A'
conducteur
thermique
Deux systèmes isolés mécaniquement
et thermiquement
T
A
A'
Interaction purement mécanique
T
A
A'
Deux systèmes isolés mécaniquement
et thermiquement
T
A
A'
Interaction thermique et mécanique
T
A
A'
conducteur
thermique
De façon générale:
ΔE = Q − W
ΔE : changement de l’énergie interne du système
Q : chaleur extraite de l’environnement et
absorbée par le système
W : travail effectué sur l’environnement par le système
Première loi de la thermodynamique
(Rudolf Clausius, 1850)
Représentation microscopique de la chaleur et du travail
Travail W et transfert de chaleur Q
E
∆E = Q - W
• Évidemment,
du point de vue microscopique, le
travail est un phénomène difficile à décrire…
(ex: turbulence)
• Plus facile à décrire du point de vue macroscopique:
W=F·x
F : force exercée par le système A
x : le déplacement
Exemple: le piston
masse
attache
T
m
piston
isolant thermique
gaz
Exemple: le piston
T
m
Autres exemples
+
−
A'
A
A
A'
m
R
Interaction thermique ou mécanique?
Mécanique statistique  passage à un ensemble de systèmes
Systèmes
distribués
sur des états
microscopiques
différents
•
ΔEA = Q •
•
•
• ΔEA = − W
•
Cas général : échange de chaleur + travail mécanique
Q ≡ ΔE + W
ΔE : changement moyen de l’énergie interne
Q : chaleur absorbée par le système
W : travail effectué sur l’environnement par le système
• C’est
notre définition formelle de la chaleur
(variation de l’énergie interne non associée au changement
des paramètres externes)
• E et W peuvent être mesurés expérimentalement,
alors que Q est une quantité dérivée