Sommaire Terminale spécialité

 

 

L’énergie : conversion et transfert

15. Premier principe de la thermodynamique

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Cours :

 

 

Activités expérimentales

 

Fiches méthodes

Puissances de 10, notation scientifique

 

Unités légales du système international / conversion

 

Méthode de résolution d’exercices

 

Résoudre une équation à une inconnue

 

 

Programme officiel

 

Notions et contenus

Capacités exigibles

Activités expérimentales support de la formation

La validité d’un modèle est à nouveau interrogée à travers le modèle du gaz parfait qui prolonge et généralise la loi de Mariotte étudiée en classe de première.

Dans la continuité des classes précédentes, du collège comme du lycée, l’objectif central du thème « L’énergie : conversions et transferts » est désormais de procéder à des bilans d’énergie en s’appuyant sur le premier principe de la thermodynamique. Il s’agit, une fois le système clairement défini, d’identifier les transferts d’énergie, de prévoir leur sens et de procéder à un bilan entre un état initial et un état final de ce système dans le cadre d’une démarche à adapter en fonction des informations disponibles. Les situations étudiées permettent de réinvestir, dans un cadre théorique cohérent, les connaissances des élèves relatives au travail, à l’énergie mécanique et aux effets énergétiques des transformations physiques, chimiques et nucléaires ; une approche simplifiée du bilan thermique du système Terre-atmosphère est proposée. L’étude de l’évolution temporelle de la température d’un système au contact d’un thermostat est l’occasion de proposer une modélisation par une équation différentielle du premier ordre et d’introduire la notion de temps caractéristique.

Ce thème peut prendre appui sur un ensemble varié de domaines (transport, habitat, espace, santé et vivant) et permettre de sensibiliser les élèves à la problématique des économies d’énergie par une approche rationnelle. Il peut également être l’occasion d’enrichir les notions étudiées dans le cadre de l’enseignement scientifique relatives aux aspects énergétiques du vivant, au bilan thermique du système Terre-atmosphère en lien avec l’évolution du climat, etc.

Notions abordées en classe de première (enseignement de spécialité et enseignement scientifique) :

Énergie cinétique, travail d’une force, énergie potentielle, théorème de l’énergie cinétique, conservation et non conservation de l’énergie mécanique, bilan de puissance dans un circuit, effet joule, rendement d’un convertisseur, énergie molaire de réaction, pouvoir calorifique massique, énergie libérée lors d’une combustion, énergie de liaison, rayonnement solaire, bilan radiatif terrestre, bilan thermique du corps humain.

 

1. Décrire un système thermodynamique : exemple du modèle du gaz parfait

 

Énergie interne d’un système. Aspects microscopiques.

 

 

Équation d’état du gaz parfait.

 

Exploiter l’équation d’état du gaz parfait pour décrire le comportement d’un gaz.

Identifier quelques limites du modèle du gaz parfait.

2. Effectuer des bilans d’énergie sur un système : le premier principe de la thermodynamique

Énergie interne d’un système. Aspects microscopiques.

 

Citer les différentes contributions microscopiques à l’énergie interne d’un système.

 

Premier principe de la thermodynamique. Transfert thermique, travail.

Prévoir le sens d’un transfert thermique.

Distinguer, dans un bilan d’énergie, le terme correspondant à la variation de l’énergie du système des termes correspondant à des transferts d’énergie entre le système et l’extérieur.

Capacité thermique d’un système incompressible. Énergie interne d’un système incompressible.

Exploiter l’expression de la variation d’énergie interne d’un système incompressible en fonction de sa capacité thermique et de la variation de sa température pour effectuer un bilan énergétique.

Effectuer l’étude énergétique d’un système thermodynamique.