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Premier principe de la thermodynamique - Energie interne

Transcription de la vidéo

alors tu as dû suivre en fait pas mal de vidéos sur la thermodynamique s'asseoir plus tôt dans la playlist physique ou dans la playlist chimie d'ailleurs et je crois pas que l'on a déjà parlé du premier principe de la thermodynamique et il me semble que là c'est vraiment le moment de commencer à parler de cette fois hyper important donc on va parler du premier principe de la thermodynamique et alors ce premier principe de la thermodynamique bien il te dit quelque chose de tout simple mais vraiment tout simple que tu sais déjà mais là il il le formule il dit que les notes comme ne s'agit d'énergie et bien rien ne se crée et rien ne se perd donc rien ne se crée rien ne se perd mais c'est pas fini tout tout se transforme voilà ce qui nous dit ce premier principe de la thermodynamique que tu vois il nous dit qu'en fait quand s'agit d'énergie bien je ne veux pas créer de l'énergie et je ne peux pas non plus en perdre il va juste avoir des transformations d'énergie donc sous forme différente ou si tu veux finalement des transferts d'énergie mais il faut vraiment garder ça en tête que tu ne peux pas perdre de l'énergie et une de pain ont créé dans tout l'univers on en a une certaine quantité et finalement on ne fait que seul échange elle a transformé d'une forme ou d'une forme à l'autre donc pour bien expliquer ça on va prendre un exemple extrêmement simple qu'on a déjà traité qui est pas du tout pour le moment lié à la thermodynamique mais pour lequel le premier principe s'applique quand même et qui nous permet quand même de bien illustrer ça alors on imagine qu ici comme ça on a le sol et on prend un balcon ans donc j'ai une balle ici up et je la lance avec une vitesse vitesse comme ça en vétérans vitesse donc bah ça tu sais c'est qu'on a déjà vu ensemble plein plein de fois bien finalement la balle elle va monter et au fur et à mesure qu'elle monte et bien sa vitesse diminue elle monte sa vitesse diminue jusqu'au moment où elle arrive ici où sa vitesse est nul donc si maintenant on analyse un petit peu ce qui se passe ici eh bien on peut dire qu'à l'état ici initial je lui donne de l'énergie cinétique d'accord je la met en mouvement elle à une vitesse donc à la une énergie cinétique l'énergie cinétique que je peux appeler initial et je peux la calculer on connaît la formule c'est la masse de laban fois la vitesse de la balle au carré sur deux donc voilà elle a de l'énergie cinétique sauf que là puisque sa vitesse diminue tu vois que son énergie cinétique elle aussi va diminuer sauf que faut faire attention on en avait déjà parlé quand elle monte cette balle qu'est ce qui lui arrive eh bien tu sais que par rapport à la com on est sur terre et qui a le champ gravitationnel terrestre tout tend toujours à tomber par terre et que lorsque je monter quelque chose eh bien je lui confère une énergie pour pouvoir mieux retomber par terre si tu veux donc quand je fais monter ma balle et bien elle perd en 1h génétique parce que sa vitesse diminue mais elles gagnent en énergie qu'on va appeler potentiel tout vient potentiel de gravité parce que elle va avoir ensuite le l'énergie suffisante tu veux pour tomber par terre pour régénérer un mouvement en termes de mécanique c'est facile tu peux dire que l'énergie finalement et souvent va souvent entraîné un mouvement était d'accord qu'il faut que moi je lui donne de l'énergie cinétique pour la faire monter même donné le mouvement ascendant et que c'est le fait qu'elle possède donc ici de l'énergie potentielle gravitationnelle qui va lui permettre ensuite d'adam flancher le mouvement descendant donc ici bien années de l'énergie potentielle et on à l'énergie cinétique qui nul et là on pouvait dire que l'énergie potentielle était nul si on avait pris donc la référence est donc là était bien d'accord j'ai transféré l'énergie cinétique sous forme d'énergie potentielle puis l'énergie potentielle sous forme nerfs cinétique donc on est d'accord rien ne s'est perdu rien de secret et on ajuste transformer un type d'énergie en un autre et d'ailleurs on peut faire la même chose pour le mouvement descendant groupe on peut écrire le détail tu vois si je considère ici bien ici la balle allait dans la position donc où l'énergie potentielle est maximale et l'énergie cinétique nuls et si je me place exactement la même aptitude et bien finalement comme jésus je transfère mon énergie a aucune raison qu'elle soit transférée différemment dans un sens ou dans l'autre donc ici et je vais retrouver exactement la même norme de mon vecteur vitesse mais dans l'autre sens donc finalement entre ce point là et ce point-là l'énergie cinétique et la même puisque tu vois bien que la vitesse est au carré ici donc le sens n'importe pas donc de même ici comme ça et de même là on va avoir la même norme ici il a donc on voit bien que rien ne se crée rien n'était perdu maintenant on va considérer un cas un tout petit peu plus compliqué qu'on se met là là on situ venant dans le cas à gauche on était un peu dans un monde parfait où il n'y avait pas de frottement ont considéré qu'il y avait pas d'air final donc pour simplifier on va plutôt se concentrer la partie descente et donc on va imaginer que maintenant j'ai une balle ici hop comme ça elle est en haut donc soit je la tiens aux riches dallas choix je les fais monter par quelque moyen que ce soit et donc ici ce qu'on a dit c'est que son énergie potentielle et maximum et son énergie cinétique elle est nulle et sauf que j'ai dit que maintenant eh bien il ya de l'air dont claire on est d'accord c'est des petites particules partout donc finalement tu vois quand je vais donc quand ma balle va retomber elle va peut être seul donc en fait elle va avoir l'opportunité de rencontrer des gens donc ce qui va se passer donc si je prends ma balise comme ça et bien ce qui se passe quand il ya des frottements c'est que au lieu d'avoir la même norme qu'à la montée est bien longue invité sera beaucoup plus petit est pareil ici plus petits enfin un peu plus grand quand même alors on va redessiner comme çà et là en fait il va être beaucoup plus petit que la donc tu vois que finalement ici l'énergie cinétique qui va avoir quand il va être en bas donc si je l'appelle ici énergie cinétique finale et bien en fait elle va être inférieure à l'énergie cinétique initial et ça c'est parce que finalement la balle elle a été ralentie tu vois c'est plus c'est logique qu'elle va être ralenti puisque il ya plus de choses sur son passage sauf que d'un point de vue delà du premier principe ballan comprends pas parce que ça veut dire que finalement elle avait une énergie synergies potentielles ep et elle se retrouve avec une énergie cinétique différentes de paix parce qu'on avait dit qu'ici finalement l'énergie potentielle dans ce cas là est égal à l'énergie cinétique initial et là du coup on a énergie cinétique finale différent de l'énergie potentielle et ben en fait il faut faire un petit zoom pour bien comprendre donc par exemple je me mets là comme ça et je refais mes petites molécules d'air en fait tu vois quand elle va tomber elle va avoir l'opportunité de cogner comme ça des molécules d'air donc celles ci elles vont monter comme ça ici là elle arrive en plein dessus tu vois il faut qu'elle elle évite la balle est en fait lors de ce contact qui se c'est qui ce passe de la friction est en fait cette friction et bien en fait c'est rien d'autre qu'un transfert d'énergie cinétique de la balle sous forme d'énergie cinétique aux molécules d'air en fait donc tu vois que la sq ont avec ce qu'ont exprimé comme étant une perte d'énergie ou un ralentissement et bien c'est juste qu'il y avait un transfert d'énergie en plus ce qui constitue à transmettre l'énergie cinétique que possède la balle à l'air et alors tu vois bon d'un point de vue physique on va pas s'amuser à calculer quelle énergie cinétique j'ai donné à cette molécule d'air et puis c'est la pièce est là en fait on va pouvoir traduire sas de forme de maquereaux et as tu te souviens la vidéo précédente en température parce qu'effectivement on avait bien dit que la température c'était une le maquereau état qui permettait de traduire l'énergie cinétique microscopique donc finalement ce qu'on va dire c'est que lors des frottements que la balle effectué en tombant dans l'air et bien en fait elle va chauffer l'air donc servir exactement à dire qu'elle lui a transmis de l'énergie cinétique donc tu vas quand même dans le cas ici un peu plus compliqué on tient compte de la résistance de l'air rien de secret rien ne se trompe rien ne se perd tout se transforme on a juste à transformer d'énergie cinétique sous forme d'énergie potentielle puis l'énergie potentielle sous forme de chaleur pour l'air et sous forme d'énergie cinétique pour la balle donc voilà pour un petit exemple un peu simple et maintenant finalement on va se poser une question simple également c'est comment on va pouvoir mesurer l'énergie contenue dans une certaines choses et alors donc cette façon de mesurer l'énergie d'un système c'est ce qu'on va appeler l'énergie interne et alors cette énergie interne on va là noté grant eu et donc c'est un maquereau et à maquereau est traduit vraiment l'énergie à l'état mme macroscopique donc finalement là pour l'énergie interne pour en discuter faire un peu compliqué parce que c'est vraiment toute l'énergie que possède un système tous les types d'énergie on les sommes et voilà on se demande qu'est ce que c'est donc si par exemple tu vois on reprend l'exemple de la vidéo précédente où je sais pas si tu te souviens on avait en fait un contenant comme ça et en fait on avait un piston et à l'intérieur on avait des molécules de gaz alors par exemple tu vois ici on peut lister on peut dire bah là dedans donc l'énergie interne ça serait déjà donc donc ça serait l'énergie cinétique de toutes nos molécules de gaz donc je l'écris pas mais voilà pour toutes les molécules option concert que c'est des molécules d'un par exemple si je dis c'est des molécules dit atomique comme ça elles peuvent tourner sur elle-même donc c'est plus énergie de rotation sauf que comme l ont ici une liaison bien ça ça peut vibrer donc plus l'énergie de vibrations et puis ensuite il peut y avoir je sais pas moi des mouvements encore un peu plus compliqué donc en fait bref tu vois c'est vraiment plus toutes les toutes les énergies que tu peux trouver un ton système bien tu des sommes et ça te donne l'énergie interne système donc la cité pour le cas d'un gaz et si tu vois maintenant on prend le cas d'un métal par exemple aucun métal tu sais c'est un réseau comme ça c'est solide 1 donc c'est un réseau arranger d'atom et la spécialité du métal c'est que les électrons peuvent en fait circuler librement autour des noyaux atomiques et alors typiquement dans un métal ce qui se passe c'est que par exemple eh bien si on considère la tomme le noyau et bien en fait ce noyau il peut comme ça aussi les ans quand tu donnes de l'énergie et du coup ici tu vois il a l'énergie cinétique mais ici là aussi d'énergie potentielles et donkey et le mouvement est transféré comme ça comme un pendule est donc dans ce cas là bien c'est égal à l'énergie cinétique plus d'énergie potentielles mais il ya aussi de la vibration non plus de l'énergie d'yves ration il ya aussi mouvement des électrons plus nous plus etc et puis si par exemple on imagine que ici il ya quelque chose qui fait isolant est bien ici du coup tu vas créer finalement un potentiel électrique donc tu vas aussi rajouter d'énergie potentiel électrique etc etc donc en fait tu vois vraiment il faut recenser absolument tous les types d'énergie donc là tu dis ça va être hyper compliqué et en fait à raison puisque ça devient extrêmement compliqué quand il faut vraiment considérer tous les types d'énergie donc pour ce qui nous concerne nous on va rester dans des cas relativement simples ou finalement l'énergie interne et bien on va choisir de d'étudier un gaz parfait donc un gars parfait c'est un gaz déjà n'y a pas de frottement les molécules ne se rencontrent pas et cetera et cetera monoatomique ce qui nous permet donc de nous affranchir des questions de rotation aux vibrations vu que pour moi un atom tour en motif il peut pas entrer en rotation il est fan tu vois cic d'un noyau et d'électrons ça n'a pas de sens de parler de rotation est donc dans ce cas là mais en fait l'énergie interne ça va être les argy cinétique de chacune des molécules de gaz donc ça pour le gaz parfait monoatomique c'est un exemple finalement qu'on va bien aimé parce que c'est facile à manier donc maintenant que je t'ai introduit cette notion d'énergie interne et bien je peux enfin écrire le premier principe de la thermodynamique donc là bas je peux effacer tout ça pour avoir un peu de place voilà et bien en fait mon premier principe de la thermodynamique je l'écris en disant qu'en fait donc les changements d'énergie interne dont grandes étapes d'accord c'est bien là la variation d'énergie interne et bien en fait elle est égale à la chaleur ou transfert de chaleur que qu'à mon système - le travail fait par mon système donc là c'est faire attention c'est en est d'accord c'est bien on peut transfert thermique et ça c'est le travail fait par le système et c'est parce que c'est le travail fait par le système qu'il ya un moins parce que si maintenant on peut décrire une deuxième façon qu'il ya peu me fasse mon écrire la deuxième phase on sait par exemple que le transfert des nerfs de la variation pardon d'énergie interne cet égard le transfert thermique plus le travail mais cette fois ci ce travail c'est le travail subie par le système le système et dans ce cas là parce que c'est subi et bien c'est un plus donc tu vois c'est logique parce que quand le trade le système lui-même travail et bien globalement il ça va plus être lié à une perte d'énergie par rapport au système donc on va mettre 1 - alors que quand c'est un travail qui est subi c'est globalement de plusieurs travaillent enfin une énergie qu'on va apporter et du coup c'est un plus après ça n'empêche pas que le signe de 2w lui change mais quand tu fais ton bilan c'est comme ça que ça se compte est alors donc ça c'est la façon les publications les plus classiques décrire le premier principe de la thermodynamique est en fait tu peux aussi avoir envie d'écrire le premier principe faisons une troisième forme que je vais te montrer maintenant mais elle n'est pas correct et je vais t'expliquer pourquoi et donc cette troisième écriture qui dit qu'en fait la variation d'énergie interne eh bien c'est la variation de transfert thermique plus ou moins la variation de travail sauf que tu veux pour moi c'est un peu redondant parce que quand tu dis transfert thermique il ya déjà une notion de variations non t'as pas besoin de dire variations de transfert thermique est pareil le travail par définition c'est un transfert d'énergie donc tu dis à variation d'un transfert d'énergie donc tu vois bien que c'est redondant de cette notation et que les deux premières formules sont celles qui sont corrects et donc ce premier principe il nous dit bien que finalement bas rien ne se perd rien ne se crée tout va se transformer et que les deux grands types de transformation sont les transferts thermiques ou les travaux donc bas pour le moment où va s'arrêter là dessus on va appliquer ce premier principe dans les vidéos suivantes