Thermodynamique

Gaz parfait, énergie interne, 1ᵉʳ principe, capacité thermique, flux, loi de Newton.

Lois et formules fondamentales

Équation d'état du gaz parfait: PV = nRT. P en Pa, V en m³, n en mol, R = 8,314 J·mol⁻¹·K⁻¹, T en Kelvin (T = θ + 273,15). Attention : toujours convertir °C en K. À pression constante : V/T = constante (loi de Charles). À volume constant : P/T = constante (loi de Gay-Lussac).
1er principe de la thermodynamique: ΔU = W + Q. ΔU : variation d'énergie interne (J). W : travail reçu par le système (W > 0 si reçu). Q : chaleur reçue (Q > 0 si reçue). Conservation de l'énergie : tout le travail et la chaleur reçus se retrouvent dans l'énergie interne.
Capacité thermique (système incompressible): Q = m·c·ΔT. m : masse (kg). c : capacité thermique massique (J·kg⁻¹·K⁻¹, donnée dans les tables). ΔT = T_finale − T_initiale. Pour l'eau : c = 4185 J·kg⁻¹·K⁻¹. Une variation de 1°C = 1 K.

Flux thermique et résistance thermique: Flux : Φ = (T_chaud − T_froid) ÷ R_th (W). Résistance thermique d'une paroi plane : R_th = e ÷ (λ·S) (K·W⁻¹). e : épaisseur (m). λ : conductivité thermique (W·m⁻¹·K⁻¹). S : surface (m²). Plus λ est petit, meilleur est l'isolant (laine de verre λ ≈ 0,04).
Résistances en série: Pour plusieurs parois successives : R_th_total = R_th₁ + R_th₂ + … (comme des résistances électriques en série). Exemple : mur en béton + isolant + plaque de plâtre.

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