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 mol−1
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=K−273
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.kg−1.°C−1) 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.K−1.kg−1 et ceau=4,18⋅103 J.K−1.kg−1.
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=m⋅c⋅(TF−TI)ΔU=m⋅c⋅ΔT|ΔU en JΔT en kelvins (K) ou °Cm en kgc en J.kg−1.K−1 ou en J.kg−1.°C−1
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)