Physique-Chimie · Terminale · L’énergie : conversion et transferts
Le premier principe de la thermodynamique
Rien ne se perd : tout se compte.
En bref
Le premier principe n’est pas une formule de plus : c’est la conservation de l’énergie, énoncée pour un système qui échange avec son extérieur.
L’énoncé
ΔU = W + Q
La variation d’énergie interne égale la somme du travail et du transfert thermique reçus, comptés algébriquement.
| Grandeur | Dépend-elle du chemin ? |
|---|---|
| ΔU | Non : c’est une fonction d’état |
| W | Oui |
| Q | Oui |
Deux chemins différents entre les mêmes états donnent des W et des Q différents — mais la même somme. C’est tout le contenu du principe.
Les bilans usuels
| Transformation | Ce qui est nul | Ce qui reste |
|---|---|---|
| Système isolé | W = Q = 0 | ΔU = 0 |
| Isotherme d’une phase condensée | ΔU = 0 | W = −Q |
| Transfert thermique seul | W = 0 | ΔU = Q |
| Adiabatique — parois calorifugées | Q = 0 | ΔU = W |
Le dernier cas est celui de l’expérience de Joule : agiter de l’eau la réchauffe, sans jamais l’avoir chauffée. C’est ce qui a établi l’équivalence entre travail et chaleur.
Les machines thermiques
Une machine thermique échange avec deux sources à températures différentes. Le premier principe impose que le total se conserve — mais il n’interdit rien sur le sens.
C’est le second principe qui interdit à la chaleur de remonter spontanément du froid vers le chaud. Le premier, à lui seul, autoriserait un réfrigérateur sans électricité.
Le rendement d’un convertisseur : η = E_utile / E_fournie, toujours inférieur à 1. Le complément part en pertes, essentiellement en transfert thermique vers l’extérieur.
La chaîne énergétique
Un diagramme représente les réservoirs, les convertisseurs et les transferts. Il rend le bilan lisible :
Pour chaque bloc, la somme des flèches entrantes égale la somme des flèches sortantes. C’est le premier principe dessiné.
Un abus de langage
« Consommer de l’énergie » n’a aucun sens physique : on la convertit en une forme moins utilisable. Ce qu’on paye sur une facture, c’est une conversion, pas une disparition.
Teste-toi
6 questions pour vérifier
Touche une réponse : la correction s’affiche tout de suite.
1.Quel est l’énoncé du premier principe pour un système fermé au repos ?
2.W et Q dépendent du chemin suivi, mais leur somme n’en dépend pas.
3.Pour un système isolé, que vaut ΔU ?
4.Que vaut ΔU lors d’une transformation adiabatique ?
5.Le rendement d’un convertisseur d’énergie peut-il dépasser 1 ?
6.Sur un diagramme de chaîne énergétique, que vérifie chaque bloc ?
0 / 6 questions
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