Bilan energétique : variation de l'énergie interne - Physique-Chimie - Terminale - Les Bons Profs

donc dans cette vidéo on va parler du bilan énergétique et on va le relier à la variation de l'énergie interne alors dans une première partie cette variation d'énergie interne notée Delta u rappelle-toi cette variation d'énergie interne on va voir ce qui se passe quand c'est le travail mécanique qui en est la source et puis dans une deuxième partie cette variation d'énergie interne Delta u on va voir ce qu'il se passe quand c'est une quantité de chaleur qui en est la source alors pour commencer quand c'est dû à un travail mécanique alors un exemple qui est habituellement pris c'est la compression d'un piston ici les parois rectangulaires extérieur c'est ce qu'on appelle le cylindre et puis le cylindre il est fermé ici par le piston qui est représenté ici en Huré par dessus j'ai déposé une masse de 1 kg et à l'intérieur il y a un gaz qui est emprisonné et ce gaz constituera notre système alors qu'est-ce qui se passe bah déjà admettons que la masse de 1 kg soit pas là mais ça ça voudrait dire que le gaz qui est à l'intérieur il est dans le même état que le gaz qui est à l'extérieur même pression température et cetera maintenant qu'est-ce qui va se passer quand tu viens appuyer quand tu viens mettre une masse de 1 kg dessus bah tu vas appuyer sur ce gaz donc tu vas le comprimer tu vas le compresser et qu'est-ce qui se passe bah déjà peut-être que tu as déjà fait l'expérience quand tu prends une pompe pour gonfler les roues de ton vélo si tu bouches l'extrémité de la pompe c'est exactement comme si tu mettais un piston et maintenant si tu appuies sur la pompe c'est exactement comme si tu mettais une masse et peut-être que tu as déjà ressenti que au au niveau de ton pouce là où tu bouches le trou l'air est un peu plus chaud c'est-à-dire que le système a tendance à se chauffer lors de la compression et ben ici c'est ce qu'on va essayer de voir on va voir si les équations nous rendent compte de cet effet là que tu as pu ressentir alors une petite précision on va supposer que les parois sont calorifugé c'est-à-dire que de l'énergie sous forme de chaleur ne peut pas partir à travers les parois alors maintenant on y va au niveau de la la mise en équation donc on commence par écrire ce que c'est que le système ici le système c'est le gaz donc le gaz qui est emprisonné et on va ensuite pouvoir écrire que la variation de l'énergie interne de ce système est égale d'une part au fait qu'on apporte de l'énergie sous forme de travail mécanique donc on not ça W et éventuellement au fait qu'on apporte de la chaleur mais ici puisque j'ai supposé que les parois étaient calorifugé il va pas pouvoir y avoir d'échange d'extérieur de d'échange de chaleur entre l'extérieur et le système donc il y aura pas d'énergie apportée sous forme de chaleur donc au final on se retrouve juste avec l'égalité Delta U est égal à W alors est-ce qu'on peut en déduire de ça que la température va augmenter oui parce que on a vu dans des vidéos dans d'autres vidéos sur les sur les gaz que cette énergie interne en fait elle est relié à l'énergie cinétique microscopique et l'énergie cinétique microscopique c'est lié à l'agitation des molécules ici qui composent le gaz donc ça veut dire que si Delta U est positif c'est-à-dire que l'énergie interne augmente ça veut dire que l'énergie microscopique augmente cinétique ça veut dire que l'agitation des molécules augmente et donc ça signifie que la température de ce gaz est en train d'augmenter donc oui apporter un travail c'est-à-dire avoir un travail mécanique positif indu que Delta U est positif et induit comme on vient de le dire que la température va augmenter alors deuxième partie qu'est-ce qui se passe quand c'est une quantité de chaleur qui fait varier l'énergie interne bien tu vas voir qu'il y a des ressemblances dans les équations alors l'exemple que je t'ai choisi c'est donc tu tu prends un récipient avec de l'eau ce récipient là tu le poses sur une plaque chauffante on va faire l'hypothèse que les parois latéral sont calorifugé donc l'énergie sous forme de chaleur ne peut pas partir sur les côtés et par contre évidemment l'énergie peut passer de la plaque chauffante à l'eau bien sûr la plaque chauffante va chauffer l'eau et on va dire que l'énergie qui passe la chaleur qui passe s'appelle Q1 et puis on va aussi pour l'instant supposer qu'il y a de l'énergie qui ressort au niveau de l'interface o R et cette énergie là on va la noter Q2 alors le système c'est l'eau la variation d'énergie interne de ce système là va être égale éventuellement au travail mécanique ici il y a pas de travail mécanique on vient pas compresser le liquide plus l'énergie qu'on lui apporte Q1 l'énergie apportée par la plaque électrique et moins la chaleur dissipée qu'on a noté Q2 or pour un état condensé on a aussi vu dans une autre vidéo qui concerne l'énergie interne et et et les et les états condensés que cette variation d'énergie interne Delta u peut aussi s'exprimer comme étant la masse de l'eau fois la capacité thermique de l'eau fois Delta t la variation de température enfin ici c'est l'eau parce que le système c'est de l'eau hein euh et en égalisant ces deux expressions de la variation d'énergie interne on peut isoler Delta t la variation de température et écrire que Delta t c'est q1 - Q2 divisé par la masse de l'eau fois la capacité THM massique de l'eau alors maintenant je vais supposer pour faire une application numérique qu'on a mis un couvercle alors ce que ça va changer c'est en mettant un couvercle on va stopper ce transfert d'énergie entre l'eau et l'air donc je vais pouvoir négliger la valeur de Q2 vis-à-vis de Q1 ce qui fait que elle n'apparaît plus ici donc je me retrouve avec Q1 sur la masse de l'eau multiplié par la capacité thermique de l'eau et puis cette quantité de chaleur Q1 qui vient de la la plaque chauffante mais il faut pas oublier que cette chaleur c'est en joules c'est une énergie donc en fait c'est aussi une puissance FO temps donc je vais l'écrire comme étant la puissance P1 MP par Delta T qui est le temps de chauffage et maintenant pour l'application numérique je vais prendre une plaque chauffante par exemple de 1000 W qui chauffe pendant 60 secondes je vais prendre une masse d'eau de 1 kg et la capacité thermique massique de l'eau vaut 1000 4185 si et si tu fais l'application numérique tu trouveras Delta T est environ égal à 14°g celus alors au-delà de la la valeur numérique il faut remarquer que Delta t la variation de température de l'eau est proportionnelle à Delta t le temps de chauffage c'est-à-dire que si tu fais chauffer deux fois plus de temps cette masse d'eau et bien tu vas avoir une élévation de température deux fois plus importante c'està-dire 28°gr celus et cetera donc il y a une proportionnalité entre le temps de chauffage et la variation de température de ton système