Premier principe et conservation de l'énergie

Le premier principe de la thermodynamique étend la conservation de l'énergie aux processus thermiques, identifiant la chaleur et le travail comme des moyens interchangeables de modifier l'énergie interne d'un système.

Definition

Le premier principe de la thermodynamique stipule que la variation de l'énergie interne d'un système est égale à la chaleur ajoutée au système moins le travail effectué par celui-ci, exprimant la conservation de l'énergie lorsque la chaleur est incluse comme une forme de transfert d'énergie.

Scope

Ce sujet aborde l'énoncé du premier principe, l'énergie interne en tant que fonction d'état, la dépendance de la chaleur et du travail vis-à-vis du chemin parcouru, les différentielles exactes et inexactes, et la formulation dU = dQ - dW. Les applications à l'enthalpie, aux capacités thermiques et à l'analyse des processus thermodynamiques tels que les chemins isothermes, adiabatiques et isochores sont incluses.

Core questions

• Pourquoi l'énergie interne est-elle une fonction d'état alors que la chaleur et le travail ne le sont pas ?
• Comment l'équivalent mécanique de la chaleur a-t-il établi la conservation de l'énergie à travers les domaines thermique et mécanique ?
• Comment la chaleur et le travail se combinent-ils pour déterminer les changements énergétiques le long de différents chemins de processus ?
• Qu'est-ce qui distingue l'enthalpie de l'énergie interne et quand est-il naturel d'utiliser l'une ou l'autre ?

Key concepts

• L'énergie interne comme fonction d'état
• La chaleur et le travail comme transferts dépendants du chemin
• Différentielles exactes versus inexactes
• Enthalpie et capacités thermiques
• Processus adiabatiques, isothermes et isochores

Clinical relevance

Le premier principe sous-tend la comptabilité énergétique dans les moteurs, la calorimétrie, les enthalpies de réaction chimique et l'équilibre énergétique métabolique, fournissant le principe de tenue des comptes pour tout processus qui échange chaleur et travail.

History

Le premier principe s'est cristallisé dans les années 1840 lorsque Mayer et Joule ont établi indépendamment l'équivalent mécanique de la chaleur et que Helmholtz a plaidé en faveur de la conservation universelle de l'énergie, unifiant la mécanique, la chaleur et d'autres formes d'énergie.

Key figures

• James Prescott Joule
• Julius Robert von Mayer
• Hermann von Helmholtz

Seminal works

• joule1850
• callen1985

Frequently asked questions

Pourquoi la chaleur et le travail sont-ils écrits avec des différentielles inexactes ?

Parce que la chaleur échangée et le travail effectué dépendent du chemin parcouru entre deux états, et non seulement des points d'arrivée, tandis que l'énergie interne ne dépend que de l'état ; la notation de différentielle inexacte marque cette dépendance au chemin.