Introduction à la thermodynamique/Premier principe de la thermodynamique

Le premier principe traduit la conservation de l'énergie.

Énoncé

đW et đQ sont comptés selon la convention « du banquier » (c'est-à-dire algébriquement) : lorsque le système reçoit de l'énergie ou de la chaleur, cette dernière est comptée positivement. À l'inverse, lorsque le système cède de la chaleur ou de l'énergie, cette dernière est comptée négativement. On peut noter que lorsqu'un système A reçoit (respectivement cède) de l'énergie à un système B, du point de vue du système B, les signes sont inversés, car B cède (respectivement reçoit) de l'énergie à A. C’est une erreur fréquente de calculer l'énergie échangée par un système A avec un système B en prenant pour référence A, puis introduire l'énergie ainsi calculée dans une équation prenant pour référence B en oubliant d'inverser les signes. Il est donc primordial en thermodynamique de toujours préciser le système que l’on considère pour appliquer le premier principe.

• Remarque : Souvent, on écrit dU = đW + đQ car on considère alors que le laboratoire dans lequel sont effectuées les expériences possède une énergie cinétique et une énergie potentielle constantes. Ceci n'est par exemple pas valable dans une tuyère déformée dans laquelle s'écoule du gaz.

Modèle:Propriété

Sources potentielles de W

Le terme W désigne toutes les formes d'énergie échangée, sauf la chaleur. L'origine de cette distinction n'est en réalité qu'historique, à cause du comportement "étrange" de la chaleur par rapport aux autres formes d'énergie.

Tous les échanges d'énergie font intervenir deux types de grandeur: une variable intensive notée X_i, et une variable extensive notée x_i. Pour calculer l'énergie échangée W_i (on dit aussi travail, par analogie avec la mécanique), il suffit d'intégrer l’expression du travail élémentaire $\delta W_i=X_i.d{x}_i$. Voici les différentes formes d'énergie, la variable intensive et extensive associée, ainsi que le travail élémentaire.

Forme d'énergie	Variable intensive	Variable extensive	Travail élémentaire
Mécanique	Force $\overrightarrow{F}$	Déplacement $\overrightarrow{l}$	$\overrightarrow{F}.\overrightarrow{\mathrm{d}l}$
	Pression p	Volume $V$	$-p.\mathrm{d}V$
Électrique	Potentiel $V$	Charge q	$V.\mathrm{d}q$