Lois de Joule (Thermodynamique)

« Lois de Joule (Thermodynamique) » expliqué aux enfants par Vikidia, l’encyclopédie junior
(Redirigé depuis Lois de Joule)
Aller à : navigation, rechercher
Voir l’article homonyme Attention, à ne pas confondre ! Pour l’article homonyme, voir : Loi de Joule.

De façon simple Joule a étudié la transformation du travail mécanique ou électrique en chaleur calorifique qui chauffe par exemple de l'eau et a établi des lois modernes qui servent sans cesse, en corrigeant des erreurs des théories anciennes incohérentes.que nous avons oubliées.

Il a mesuré avec précision la quantité de travail mécanique nécessaire pour chauffer un litre d'eau de un degré, appelée kilocalorie=4,18Joules qui correspond à un poids de 102 kilos descendant de 4,24m de haut en étant freiné très lentement par des aubes remuant un litre d'eau, ce qui n'est pas facile.

Pour cela il a fait tourner des aubes dans de l'eau dans un récipient bien isolé, appelé calorimètre..

Cette loi de Joule ou premier principe de la thermodynamique qui dit que l'énergie du travail est équivalent à l'énergie de la chaleur a été clairement mesurée et expliquée de façon cohérente par Joule.

Pourtant cette propriété qu'un travail mécanique de frottement donne de la chaleur, de façon empirique il y a plus de 10000 ans, a été utilisée par les hommes préhistoriques pour faire du feu en frottant 2 morceaux de bois l'un contre l'autre avec forte énergie (voir sur Koh Lanta ou autres émissions de survie la difficulté d'y parvenir sans allumettes ), bien avant Joule qui a décrit ce premier principe.de façon quantitative.

Lorsque on court en côte ou dans un escalier on vérifie cette loi de Joule qui chauffe alors notre corps, de plus en appliquant le second principe de thermodynamique qui impose que le rendement de nos moteurs musculaires n'est pas parfait, au mieux mesuré à 20%=0,2 ce qui fait que pour un de travail musculaire nous montant en altitude on dégage 4 fois plus en énergie thermique ( 1+4=5=1/0,2. ).

Si on pèse 102 kilos, monter de 1;06m son corps en travail mécanique dégagera 4 fois plus en chaleur dans notre corps, soit comme pour 4,24m dégage une kilocalorie. Elle chauffe un kilo d'eau de 1°C et. pour chauffer de 1°C notre corps de 102 kilos, formé d'eau essentiellement, il faut monter 102 fois plus haut soit de 108m=1,06*102 , ce qui monte notre corps avec de la fièvre de 37°C à 38°C, sans rien pour le refroidir. Heureusement la sueur sert à refroidir si l'air est sec, mais pas du tout, si humide à 100% d'humidité..

Monter vite une colline de 216m donne une belle fièvre de 39°C, suivant Joule.

On distingue deux lois de Joule en thermodynamique.

Première loi de Joule[modifier | modifier le wikicode]

L'énergie cinétique de translation des molécules est l'unique forme d'énergie de N molécules contenues dans un volume V de gaz parfait. On appelle énergie interne U du gaz parfait la somme des énergies cinétiques des N molécules. L'énergie interne U d'un gaz parfait ne dépend que de sa température et au cours d'une transformation d'une quantité de gaz n (en mol) ou m (en kg).

Où :

  • Cv est la capacité thermique molaire à volume constant en J.mol-1.K-1.
  • cv est la capacité thermique massique à volume constant en J.kg-1.K-1.

Deuxième loi de Joule[modifier | modifier le wikicode]

L'enthalpie H d'un gaz parfait ne dépend que de sa température et par définition :

Au cours d'une transformation d'une quantité de gaz n (en mol) ou m (en kg) :

Où :

  • Cp est la capacité thermique molaire à pression constante en J.mol-1.K-1.
  • cp est la capacité thermique massique à pression constante en J.kg-1.K-1.

Puisque les deux capacités thermiques massiques sont telles que :

On en déduit :

Portail des sciences — Tous les articles sur la physique, la chimie et les grands scientifiques.