Thermodynamique
Premier Principe de la Thermodynamique
Étude expérimentale du premier principe : conservation de l'énergie, transferts thermiques et mesures calorimétriques.
Introduction
Le premier principe de la thermodynamique affirme que l'énergie totale d'un système isolé se conserve. L'ECE permet de réaliser des bilans énergétiques lors de transformations physiques (changements d'état) ou chimiques (réactions exo/endothermiques) à l'aide d'un calorimètre. L'élève mesure des variations de température pour calculer des quantités de chaleur.
Contenu détaillé
1. Le premier principe
- •ΔU = W + Q : variation d'énergie interne = travail + chaleur
- •Système isolé : ΔU = 0, l'énergie se conserve
- •Transformation exothermique : Q < 0, le système libère de la chaleur
- •Transformation endothermique : Q > 0, le système absorbe de la chaleur
2. Protocole expérimental type (calorimétrie)
- •Déterminer la capacité thermique du calorimètre par la méthode des mélanges
- •Mesurer la température initiale et finale : Q = (m·c + C_cal)·ΔT
- •Réaliser une dissolution (NaOH, NH₄Cl) et mesurer l'enthalpie de dissolution
- •Tracer T(t) et déterminer ΔT corrigé par la méthode graphique (pertes thermiques)
3. Applications et calculs
- •Enthalpie de réaction ΔrH : chaleur échangée à pression constante
- •Loi de Hess : ΔrH est indépendant du chemin réactionnel
- •Capacité thermique massique c (J·kg⁻¹·K⁻¹) : eau = 4185, cuivre = 385
- •Enthalpie de changement d'état : Lf(glace) = 334 kJ/kg, Lv(eau) = 2260 kJ/kg
Matériel expérimental
Calorimètre de Berthelot
Enceinte adiabatique pour mesurer les transferts thermiques
Thermomètre numérique ±0,1°C
Suivre l'évolution de la température avec précision
Balance de précision
Peser les masses d'eau et de solides avec exactitude
Agitateur magnétique
Homogénéiser la température dans le calorimètre
Vocabulaire
Énergie interne U : Énergie totale contenue dans un système (agitation + interactions microscopiques)
Enthalpie H : Grandeur thermodynamique H = U + PV, utile à pression constante
Exothermique : Transformation qui libère de la chaleur vers l'extérieur (ΔrH < 0)
Capacité thermique : Énergie nécessaire pour élever la température d'un corps de 1 K
Sujets type Bac ECE
- 1Déterminer l'enthalpie de dissolution d'un composé ionique par calorimétrie
- 2Mesurer la capacité thermique d'un calorimètre par la méthode des mélanges
- 3Vérifier la loi de Hess sur une réaction en plusieurs étapes
