Premier principe de la thermodynamique

FondamentalÉnoncé du premier principe, pour un système fermé

\[\Delta U + \Delta K = W + Q\]

où \(U\) est l'énergie interne, \(K\) l'énergie cinétique (macroscopique), \(W\) le travail des forces extérieures, \(Q\) la chaleur reçue de l'extérieur par le système.

L'enthalpie

L'enthalpie d'un système est définie par : \(H=U+PV\).

Application aux systèmes ouverts en régime permanent

\[\dot{H}_{out} - \dot{H}_{in} + \dot{K}_{out} -\dot{K}_{in} + \dot{M} g (z_{out}-z_{in}) = \dot{W}+\dot{Q}\]

où \(\dot{H}\) et \(\dot{K}\) représentent l'enthalpie et l'énergie cinétique transportées par les débit d'entrée (indice "in") et de sortie ("out"), \(z\) représente l'altitude à laquelle les débits sont connectés au système, \(\dot{M}\) est le débit massique parcourant le système,\(\dot{W}\) et \(\dot{Q}\) les puissances mécanique et thermique reçues par les système.

Ce qui s'écrit aussi :

\[\dot{M}\left ( h_{out}+\frac{1}{2}\vec{v}_{out}^2 + gz_{out} - [h_{in} +\frac{1}{2}\vec{v}_{in}^2+ gz_{in}]\right ) = \dot{W} + \dot{Q}\]

où \(h\) est l'enthalpie massique d'un débit, et \(\vec{v}\) la vitesse moyenne d'écoulement.

Pour appliquer le premier principe

  • définir le système et la transformation ;

  • déterminer si le système est ouvert ou fermé pendant cette transformation ; pour un système ouvert en régime permanent, lister les débits de matière qui entrent ou qui sortent ;

  • lister forces extérieures appliquées au système, exprimer leur travail ;

  • lister les échanges de chaleur avec l'extérieur, les exprimer ;

  • exprimer la variation d'énergie cinétique (translation et rotation) lors de la transformation (système fermé) ou entre les débits d'entrée et de sortie (système ouvert en régime permanent) ;

  • appliquer le premier principe.

Complémentaccès au chapitre complet

Ces concepts sont développés dans le chapitre "Premier principe de la thermodynamique".

Accès direct à l'adresse : http://nte.mines-albi.fr/Thermo/co/Module_1erPrincipe.html