une branche de la physique qui étudie l'échange et la transformation de l'énergie dans les systèmes macroscopiques, notamment sous forme de chaleur et de travail
Formule de l'énergie interne d'un gaz parfait monoatomique : U = (3/2)·n·R·T = (3/2)·p·V — dépend de la quantité de substance, de la température, de la pression et du volume
L'énergie interne est l'énergie cinétique de toutes les particules du système. Les formules sont applicables à un gaz parfait monoatomique. Pour un cas plus général, on utilise U = (i/2)·n·R·T, où i est le nombre de degrés de liberté.
Formule de la variation de l'énergie interne : ΔU = (3/2)·(m/μ)·R·ΔT pour un gaz monoatomique ou ΔU = (i/2)·(m/μ)·R·ΔT pour tout gaz parfait avec i degrés de liberté
La formule donne la variation d'énergie interne lors du chauffage ou du refroidissement. La première expression est pour un gaz monoatomique, la seconde est une forme universelle. ΔT — variation de température ; i — nombre de degrés de liberté de la substance.
Formule du travail d'un gaz lors de la variation de volume : A = p·ΔV — produit de la pression et de la variation de volume
Le travail est positif si le système se dilate (ΔV > 0). Cette expression est valable à pression constante.
Premier principe de la thermodynamique : Q = ΔU + A — la quantité de chaleur transférée au système est utilisée pour modifier son énergie interne et effectuer un travail
La chaleur Q reçue par le système est utilisée pour modifier son énergie interne ΔU
et effectuer un travail A contre les forces extérieures.
Si Q > 0 — la chaleur entre dans le système ; Q < 0 — le système perd de la chaleur.
A > 0 — le système se dilate et effectue un travail ; A < 0 — le système se comprime.
Formule de la quantité de chaleur : Q = c·m·ΔT ou Q = C·n·ΔT — dépend de la masse ou de la quantité de substance, de la capacité thermique et de la variation de température
Les formules sont utilisées pour calculer la chaleur lors du chauffage d'une substance : c — capacité thermique massique, m — masse, C — capacité thermique molaire, n — quantité de substance. ΔT — différence de température (finale moins initiale).
Formule du rendement d'une machine thermique : η = A / Q₁ = (Q₁ - Q₂) / Q₁ = 1 - Q₂ / Q₁ — indique quelle fraction de la chaleur reçue est convertie en travail utile
Le rendement est la fraction de chaleur reçue convertie en travail utile. Q₁ — quantité de chaleur reçue de la source chaude ; Q₂ — quantité de chaleur cédée à la source froide. Plus Q₂ est petite, plus le rendement de la machine est élevé.
Formule du rendement du cycle de Carnot : η = (T₁ - T₂) / T₁ = 1 - T₂ / T₁ — rendement théorique maximal d'une machine thermique fonctionnant entre deux températures
Le cycle de Carnot est un processus réversible idéal composé de deux étapes isothermes et de deux étapes adiabatiques. Son rendement ne dépend que des températures de la source chaude (T₁) et de la source froide (T₂), et non de la nature de la substance de travail. La formule indique le rendement théorique maximal atteignable à des températures données.
Formule de la quantité de chaleur lors de la fusion ou de la congélation : Q = λ·m — produit de la chaleur latente spécifique de fusion et de la masse de substance
λ — chaleur latente spécifique de fusion (ou de cristallisation) ; m — masse de substance. La formule donne la quantité de chaleur requise pour une transition entre les états solide et liquide à température constante.
Formule de la quantité de chaleur lors de la vaporisation ou de la condensation : Q = r·m — produit de la chaleur latente spécifique de vaporisation (ou de condensation) et de la masse de substance
r — chaleur latente spécifique de vaporisation (ou de condensation) ; m — masse de substance. La chaleur n'est pas utilisée pour le chauffage, mais pour changer l'état d'agrégation — du liquide au gaz ou vice versa.