Thermodynamique

Plus la température est élevée, plus cette agitation est grande et donc les particules ont une énergie cinétique microscopique plus élevée.

L’énergie potentielle microscopique quant à elle résulte des différentes interactions entre les particules : gravitationnelle, forte, faible et électromagnétique. On aura alors les énergies chimique, électrique, magnétique et nucléaire.

Au niveau macroscopique, l’énergie mécanique résulte de la somme de l’énergie cinétique macroscopique et l’énergie potentielle macroscopique.

L’énergie totale d’un système est la somme de l’énergie interne et de l’énergie mécanique :$E_\text{tot} = U + E_m.$

Le travail et le transfert thermique sont des modes de transfert d’énergie, leur signe dépend du sens du transfert.

Lorsque la température d’un corps de masse $m$ dans un état condensé (liquide ou solide), passe de $T_i$ à $T_f$, sa variation d’énergie interne $\Delta U$ a pour expression :$\Delta U = m.c.(T_f - T_i) = m.c.\Delta T$

avec

La capacité thermique massique dépend du corps et de son état physique. Selon le signe de $\Delta T$, cette variation est positive ou négative.

Un système peut échanger de l’énergie avec l’extérieur par transfert thermique de plusieurs manières.

Lorsque les températures des deux faces $T_1$ et $T_2$ de la paroi sont constantes au cours du temps, le flux s’exprime à l’aide de la résistance thermique $R_{th}$ :$\phi = \frac{T_1 - T_2}{R_{th}}$

avec

Pour un même écart de température, plus la résistance thermique est élevée plus le flux est faible.

Une paroi de grande résistance thermique est donc un bon isolant thermique.

a résistance thermique d’une paroi plane dépend de la conductivité thermique $\lambda$ du matériau, de son épaisseur $e$ et de la surface $S$ traversée par le flux :$R_{th} = \frac{e}{\lambda.S}.$

Lorsque plusieurs paroi sont accolées, la résistance thermique totale est égale à la somme des résistances thermiques.