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Chap. B9
Transfert d’énergie entre systèmes macroscopiques
I. Du macroscopique au microscopique
1- Notion d’échelle
La matière est constituée d’entités élémentaires très petites (atomes, ions molécules), le comportement
individuel de chaque entité au niveau microscopique est inaccessible, mais on peut prévoir un
comportement statistique (justifié compte tenu du nombre important d’entités) et un comportement
global macroscopique à l’échelle humaine.
Le lien entre ces deux échelle est possible en utilisant une constante représentant une quantité définie
d’entité : la constante d’Avogadro, qui par définition est égal au nombre d’atomes présents dans 12,0g
de carbone 12, sa valeur est NA = 6,02214179.1023 mol-1, on utilisera NA = 6,022.1023 mol-1
La masse d’un atome de fer
est de :
261,673.10-27 +(56-26)1,675.10-27+269,109.10-31=9,377.10-26 kg ; dans un clou de 1g il y a donc
N=
= 1,1.1022 atomes soit n =
= 1,8.10-2 mol = 0,018 mol
2- Le mouvement Brownien
Le mouvement brownien est le nom donné aux mouvements
aléatoires des petites particules solides sous l'impact des molécules
d'un fluide (liquide ou gaz).
Les entités chimiques (atomes, molécules ou ions), présentes dans un
fluide (liquide ou gaz), sont en mouvements rapides, incessants et
désordonnés.
Elles vont donc être amenées à se heurter ; la fréquence des chocs est
très élevée : dans les conditions usuelles, le nombre de chocs subis
par une molécule d'un gaz, pendant une seconde, est de l'ordre du
milliard (109).
Entre deux chocs successifs, leur trajectoire est rectiligne.
Lorsqu’on apporte de l’énergie au milieu, l’agitation et la vitesse des
particules augmentent, c’est l’agitation thermique. L'absence
d'agitation thermique correspond au zéro absolu.
3- Visualiser les atomes
Le microscope optique permet d’observer les cellules vivantes, mais pour observer à l’échelle de la
molécule ou de l’atome, il faut attendre 1981 et l’invention du microscope à effet tunnel par Binnig et
Rohrer et 1986 et le microscope à force atomique inventé par Binnig, Quate et Berger. Ces
microscopes donnent une image de synthèse de la surface d’un matériau à l’échelle atomique
II. Energie interne et capacité thermique
1- Notion de système
Un système macroscopique est un ensemble d’entités microscopiques limité par une surface fermée,
qui peut permettre des échanges avec le milieu extérieur.
2- Energie interne
L’énergie interne U d’un système macroscopique est la somme de toutes les énergies microscopiques
des constituants du système.