Énergie interne d'un système en Terminale
Énergie interne d'un système, c'est une notion de physique-chimie du chapitre « Gaz parfait, premier principe, transferts thermiques », au programme de Terminale. Voici le cours, un exemple et de quoi t'entraîner.
Énergie interne d'un système : le cours
L'énergie interne (U) est l'énergie stockée dans le système à l'échelle microscopique : énergie cinétique d'agitation des particules et énergie potentielle d'interaction entre elles. Pour un système incompressible (solide ou liquide), sa variation vaut $ΔU = C\,ΔT$, où C est la capacité thermique du système (en J/K) ; pour un corps de masse m, $C = m \times c$, où c est sa capacité thermique massique (en J·kg⁻¹·K⁻¹).
Exemple
Une casserole d'eau chaude a plus d'énergie interne que la même eau froide : ses molécules s'agitent plus vite. Pour 1 kg d'eau (c ≈ 4 180 J·kg⁻¹·K⁻¹) qui passe de 20 °C à 30 °C : $ΔU = 1 \times 4\,180 \times 10 = 41\,800$ J.
À retenir
Pour un système incompressible : $ΔU = C\,ΔT$ ; quand sa température augmente, son énergie interne augmente.
S'entraîner sur énergie interne d'un système
Fais l'exercice, puis demande au tuteur de te corriger pas à pas.
Exercice 1
Un récipient contient 0,5 mol d'air à température ambiante (T = 298 K) et pression atmosphérique (P = 101 325 Pa). Calcule le volume occupé par cet air. Données : R = 8,314 J·mol⁻¹·K⁻¹.
Corrige cet exercice avec le tuteur →Exercice 2
Une bouilloire contient 1,5 kg d'eau à 20 °C, que l'on veut porter à 100 °C. L'eau est un système incompressible qui ne reçoit pas de travail ; sa capacité thermique massique vaut c = 4 180 J·kg⁻¹·K⁻¹. a) Calcule la capacité thermique C de cette eau. b) Calcule la variation de son énergie interne et le transfert thermique Q qu'elle doit recevoir. c) L'eau reçoit un flux thermique constant Φ = 2 000 W : quelle est la durée du chauffage ?
Corrige cet exercice avec le tuteur →Cette notion fait partie du chapitre Gaz parfait, premier principe, transferts thermiques (Physique-Chimie Terminale).
Autres notions de ce chapitre
- Variables d'état : pression, volume, température
- Quantité de matière et mole
- Équation d'état du gaz parfait
- Premier principe et variation d'énergie interne
- Transfert thermique et chaleur
- Conduction thermique
- Convection thermique
- Rayonnement thermique
- Flux thermique et résistance thermique
- Loi de Newton : système au contact d'un thermostat