Travail et transferts thermiques
Cours · thermodynamique (MP2I), chapitre 4 · CPGE MP2I (1re année) · le début du chapitre, la suite sur Adloun
Un système thermodynamique échange de l'énergie avec l'extérieur de deux façons : par le travail (transfert ordonné, lié aux forces de pression) et par le transfert thermique ou « chaleur » (transfert désordonné, lié à l'agitation microscopique). Ce chapitre précise le vocabulaire des transformations, calcule le travail des forces de pression et son interprétation graphique dans le diagramme de Clapeyron, puis décrit les transferts thermiques. C'est le préalable au premier principe (chapitre 5), qui en fera le bilan.
4.1 Transformations thermodynamiques
Une transformation fait passer le système d'un état d'équilibre initial à un état d'équilibre final. On qualifie l'évolution selon la grandeur maintenue constante :
- isochore : volume constant ;
- isobare : pression du système constante ;
- isotherme : température du système constante ;
- monobare : pression extérieure constante (équilibre mécanique avec l'extérieur aux états initial et final) ;
- monotherme : température extérieure constante (un thermostat).
Distinguer iso et mono : « iso » signifie que la variable du système reste constante tout au long (transformation lente, dite quasi-statique) ; « mono » signifie que la variable extérieure est constante, le système n'étant à l'équilibre qu'aux extrémités.
4.2 Travail des forces de pression
Le travail élémentaire reçu par le système de la part des forces de pression extérieures, lors d'une variation du volume, est
Pour une transformation quasi statique (le système est à chaque instant en équilibre mécanique, interne et avec l'extérieur), à chaque instant et , d'où . Une transformation réversible est quasi statique et exempte de toute cause d'irréversibilité (frottement, transfert thermique sous un écart fini de température) : la notion sera précisée au chapitre sur l'entropie.