Premier principe de la thermodynamique

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« Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme. Lavoisier »

Principes de la thermodynamique
Principe zéro de la thermodynamique
Premier principe de la thermodynamique
Deuxième principe de la thermodynamique
Troisième principe de la thermodynamique
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Le premier principe de la thermodynamique stipule que lors de toute transformation il y a conservation de l'énergie.

Dans le cas des systèmes thermodynamiques fermés, il s'énonce de la manière suivante:
Au cours d'une transformation quelconque d'un système fermé, la variation de son énergie interne est égale à la quantité d'énergie échangée avec le milieu extérieur, sous forme de chaleur et sous forme de travail .

[modifier] Expression

Ce principe est donc résumé par la formule :

$\Delta U = W + Q \,$

$\Delta U \,$ est la variation de l'énergie interne du système thermodynamique.

$W \,$ est la partie de l'énergie qui correspond au travail échangé avec le milieu extérieur. Le travail n'est pas une fonction d'état mais un mode de transfert ordonné d'énergie entre le milieu extérieur et le système.

Il existe plusieurs sortes de transfert ordonné d'énergie: travail des forces de pression, travail électrique fourni lors d'une réaction électrochimique de pile, travail du à des interactions électromagnétiques...

Dans le cas du travail induit par les forces de pression qui correspond à la forme de travail la plus courante, rencontrée en thermodynamique classique, il s'exprime ainsi :

$\delta W_{fp} = - p_{ext} dV \,$

Le signe - tient compte du fait que lors d'une détente il y a augmentation de volume ( dV > 0 ) et le système fournit dans ce cas, du travail au milieu extérieur; travail compté négativement d'après la règle des signes.

$p_{ext} \,$ étant la pression du milieu extérieur,

$dV \,$ étant une variation infinitésimale de volume qui correspond sur un plan mathématique à la différentielle du volume.

$Q \,$ est la quantité d'énergie mise en jeu sous forme de chaleur. Elle est transmise essentiellement par trois processus d'échange thermique : conduction thermique, convection, rayonnement. La chaleur n'est pas non plus une fonction d'état mais un mode de transfert d'énergie microscopique désordonné. C'est en quelque sorte un transfert d'agitation thermique entre le système et le milieu extérieur, qui est par nature désordonné.