La matière est constituée d’un nombre trop grand d’entités (atomes, molécules, ions) pour que l’on puisse appliquer les lois physiques à l’échelle microscopique. On est donc obligé de décrire le comportement collectif d’un grand nombre d’espèces chimiques à l’aide de grandeurs physiques macroscopiques, mesurables à l’échelle humaine telles que la pression P, le volume V ou la température T

La constante d’Avogadro, notée NA, permet de faire le lien entre le réel à l’échelle microscopique et le réel tel qu’on l’appréhende, à l’échelle macroscopique.

NA=6,02×1023 mol1

La température est une grandeur physique universelle. Cette mesure s’effectue avec un thermomètre gradué en degrés Celsius (noté °C). Il existe d’autres unités de mesure : le degré Kelvin.

°C=K273

La quantité d’énergie est mesurée en Joule, ou J (et donc 1 kiloJoule, noté kJ, vaut 1 000 Joules).

L'énergie interne U d'un système macroscopique est égale à la somme de :

  • L'énergie cinétique microscopique de chaque particule du système. Elle est fonction de l'agitation thermique, donc de la température ;
  • L'énergie potentielle d'interactions microscopiques entre les particules due aux interactions gravitationnelle, électromagnétique, forte et faible entre les particules du système.

U=Ec(micro)+Ep(micro)

La capacité thermique C d’un corps condensé (solide ou liquide) correspond à l’énergie interne nécessaire pour augmenter sa température de 1°C sans le faire changer d’état physique. 

On utilise couramment la capacité thermique massique c (en J.kg1.°C1) et dans ce cas, on obtient la relation :

ΔU ? m×c×ΔT

Plus la capacité thermique massique d’un corps est grande, plus ce corps refroidit ou réchauffe difficilement.

Ex : cAluminium=897 J.K1.kg1 et ceau=4,18103 J.K1.kg1.

Il faut beaucoup plus apporter d’énergie à l’eau pour la réchauffer. Par contre, celle-ci est un meilleur isolant car elle refroidira plus difficilement.

Les transferts thermiques :

Energie interne et température :

Lorsqu’un corps de masse m, liquide ou solide, passe d’une température initiale TI à une température finale TF, sa variation d’énergie interne ΔU a pour expression :

ΔU=mc(TFTI)ΔU=mcΔT|ΔU en JΔT en kelvins (K) ou °Cm en kgc en J.kg1.K1 ou en J.kg1.°C1

La grandeur c est appelée « capacité thermique massique » du solide ou du liquide en question.Elle représente l’énergie qu’il faut fournir pour augmenter de 1 K la température d’un kilogramme de ce solide ou liquide.

Flux thermique :

Le flux thermique Φ à travers une surface est la puissance thermique qui la traverse. Ce flux évalue la vitesse du transfert thermique Q pendant une durée de Δt. Il va spontanément de la source chaude vers la source froide :

Φ=QΔt|Φ en watt (W)Δt en seconde (s)Q en joule (J)