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## Le premier principe de la thermodynamique & la définition de l'énergie interne (U)

L'énergie est définie comme la capacité d'un système à effectuer des travaux ou de produire de la chaleur. L'énergie potentielle et l'énergie cinétique sont des formes macroscopiques d'énergie. Elles peuvent être visualisées en fonction de la position et de la vitesse d'objets. En plus de ces formes macroscopiques de l'énergie, une substance possède plusieurs formes microscopiques d'énergie. Qui sont notamment ceux liés à la rotation, les vibrations et les interactions entre les molécules d'une substance. Aucune de ces formes d'énergie ne peut être mesurée ou évaluée directement, mais les techniques ont été développées pour évaluer la variation de la somme totale de toutes ces formes d'énergie. Ces formes microscopiques d'énergie sont appelées l'énergie interne, habituellement représentés par le symbole U.

Le premier principe de la thermodynamique ce n'est rien d'autre que l'application du principe de la conservation d'énergie. Le premier principe de la thermodynamique définit la variation de l'énergie interne (ΔU) d'un système comme étant égale à la différence de quantité de chaleur (Q) échangée par le système et le travail (W) fournit ou reçu par le système. Le travail est une autre forme d'énergie causé par le mouvement ou la déformation du système (détente ou compression)

Autrement dit, au cours d'une transformation, la variation d'énergie interne ΔU est égale à l'énergie totale échangée avec l'extérieur.

Considérons un système fermé où il n'y a pas de transfert de masse entrant ou sortant du système, où la masse du fluide reste constante. Pour un tel système, le 1er principe de la thermodynamique se résume comme suit:

(I.1)

Avec:

Q : Energie transférée à travers les limites du système causé par la différence de température.

W : Le travail reçu ou fourni par le système, le travail alors est une autre forme d'énergie causé par le mouvement ou la déformation du système (détente ou compression)

Ce principe repose sur l'usage des concepts de l'énergie interne ΔU, la chaleur (Q) et le travail du système (W).

Ce résultat exprime simplement la conservation de l'énergie au cours d'une transformation quelconque d'un système fermé, constitue le premier principe de la thermodynamique. Il exprime le fait que l'énergie interne permet, outre un dégagement de chaleur, la production de travail. Il ne fait aucune distinction entre les diverses formes d'énergie, et n'impose aucune restriction quant au sens dans lequel chaleur et travail sont échangés. C'est le principe qui est à l'origine des moteurs thermiques.

.

En général, l'énergie totale E d'un système est la somme de l'énergie cinétique Ec, de l'énergie potentielle Ep et de l'énergie interne U

(I.2)

Les énergies cinétique et potentielle sont communes entre la mécanique et la thermodynamique, mais, l'énergie interne est une énergie propre à la thermodynamique.

Pour un système fermé, l'énergie totale E échangée avec l'environnement est divisée en deux parties : l'apport de chaleur Q au système et le travail effectué W par le système. Dans ce cas, l'équation précédente s'écrit :

(I.3)

Avec :

Δ Ep : la variation d'énergie potentielle

Δ Ec : la variation d'énergie cinétique

Wp = −∫ P dV , Travail des forces de pression

Généralement, en thermodynamique, les variations de l'énergie cinétique et potentielle sont nulles.

L'expression du premier principe pour un système ouvert est donnée:

en joule, j/s= watt (I.4)

en joule/kg (I.5)

Avec :

WT = ∫ V d P, Travail technique.

m: Débit massique s'écoulant dans le système ouvert

ΔH = U + P V: Enthalpie du système