Spé. Physique-Chimie · Terminale · cours rédigé et vérifié par Claryo, conforme au Bulletin officiel
Le premier principe de la thermodynamique exprime la conservation de l'énergie pour un système fermé (qui n'échange pas de matière) macroscopiquement au repos : \Delta U = W + Q. La variation d'énergie interne \Delta U entre l'état initial et l'état final est égale à la somme du travail W et du transfert thermique (chaleur) Q échangés avec l'extérieur.
On adopte la convention du récepteur : toute énergie reçue par le système est positive, toute énergie cédée est négative. - W > 0 : le système reçoit du travail (un gaz comprimé) ; W < 0 : il en fournit (un gaz qui se détend en poussant le piston). - Q > 0 : le système reçoit de la chaleur (il se réchauffe par échange) ; Q < 0 : il en cède.
Plusieurs cas particuliers simplifient le bilan : - transformation isochore (V constant) : W = 0, donc \Delta U = Q ; - transformation adiabatique (Q = 0, paroi isolante) : \Delta U = W ; - transformation à pression extérieure constante : le travail des forces de pression vaut W = -P_{\text{ext}} \Delta V.
Pour relier \Delta U à la température, on utilise selon le système : - gaz parfait monoatomique : \Delta U = \frac{3}{2} n R \Delta T ; - phase condensée incompressible (eau, métal) : \Delta U = m c \Delta T.
En calorimétrie, le calorimètre est adiabatique et rigide : pour le système global, \Delta U = 0, ce qui donne \sum Q_i = 0, soit \sum m_i c_i (\theta_f - \theta_i) = 0.
1. Définir le système et son état initial/final. 2. Repérer la transformation (isochore, adiabatique, isobare) pour annuler le bon terme. 3. Appliquer \Delta U = W + Q avec la bonne convention de signe. 4. Pour un échauffement, relier \Delta U à \Delta T via m c \Delta T ou \frac{3}{2} n R \Delta T.
Le bilan calorimétrique est un classique récurrent : on attend l'écriture \sum Q_i = 0, le détail des produits m_i c_i et un résultat avec l'unité correcte. La maîtrise des signes de W et Q est systématiquement évaluée. Connaître les simplifications (adiabatique, isochore) fait gagner un temps précieux.