Initiation à la thermodynamique moléculaire pour le génie des procédés

Energie totale

• L'énergie totale d'un système isolé reste constante. Lavoisier : « Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme ».

  • Pour un système en mouvement (ΔE_cinétique positive) et en interaction avec environnement extérieur (ΔE_potentielle non nulle),

    $\begin{array}{c}\Delta E_{\mathit{totale}}=\Delta U_{\mathit{interne}}+\Delta E_{\mathit{cinétique}}+\Delta E_{\mathit{potentielle}}\hfill \\ =\mathit{travail}+\mathit{chaleur}\hfill \\ =W+Q\hfill \end{array}$

    où U, fonction d'état extensive, représente l'énergie interne.

  • Pour un système au repos (ΔE_cinétique = ΔE_potentielle = 0) et subissant une transformation thermodynamique (ex. changement d'état) d'un état d'équilibre A vers un état d'équilibre B :

    $\begin{array}{c}d{U}_{\mathit{interne}}=\delta Q-\delta W_{\mathit{pression}}-\delta W{\text{'}}_{\mathit{travail}\mathit{forces}\mathit{extérieures}}\hfill \\ =\delta Q-P_{\mathit{extérieure}}\cdot \mathit{dV}-\delta W{\text{'}}_{\mathit{travail}\mathit{forces}\mathit{extérieures}}\hfill \end{array}$

Remarque : Le premier principe considère toutes les transformations comme également possibles: il ne tient pas compte du caractère irréversible d'une transformation et ne se prononce pas sur la notion d'irréversibilité des transformations spontanées.

Définition d'un travail W

• Travail = [ force de résistance F_i ] x [ déformation dX_i de propriété extensive ].

• convention le travail reçu par le système, dans ce cas dX_i=X_final-X_initial.

  $\delta W=\sum _i{F}_i\cdot {\mathit{dX}}_i$

  • ex. déformation de volume = travail des forces de pression $\delta W=P\cdot \mathit{dv}$