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Relier l'énergie interne à la température et exploiter \(\Delta U=mc\Delta T\)
Énoncer et appliquer le premier principe \(\Delta U=W+Q\)
Distinguer conduction, convection et rayonnement
Exploiter le flux et la résistance thermique d'une paroi

Fiche résumé — Premier principe et transferts thermiques

Chapitre 13 | Terminale générale (spécialité) | Physique-Chimie

Dernière mise à jour : 21 octobre 2026

1. Énergie interne et premier principe

L'énergie interne \(U\) (J) est l'énergie microscopique du système ; elle croît avec la température. Pour un corps incompressible :

\(\Delta U=m\,c\,\Delta T\)

Premier principe (bilan d'énergie) :

\(\Delta U=W+Q\)

\(c\) : capacité thermique massique (J·kg⁻¹·K⁻¹). Sans travail : \(\Delta U=Q\).

2. Convention de signe

On compte positivement ce que le système reçoit, négativement ce qu'il cède :

\(Q\gt 0\) : le système reçoit de la chaleur ; \(Q\lt 0\) : il en cède.
\(W\gt 0\) : travail reçu (compression) ; \(W\lt 0\) : travail fourni.

Piège : une chaleur cédée ou un travail fourni comptent négativement dans \(\Delta U=W+Q\).

3. Les trois modes de transfert

Conduction : à travers un solide, sans déplacement de matière.
Convection : par déplacement d'ensemble d'un fluide (liquide ou gaz).
Rayonnement : par ondes électromagnétiques, même dans le vide.

Astuce : un transfert thermique se fait toujours spontanément du chaud vers le froid.

4. Flux et résistance thermiques

Flux thermique \(\Phi=\dfrac{Q}{\Delta t}\) (en watts W) : c'est une puissance.

Résistance d'une paroi plane : \(R_{th}=\dfrac{e}{\lambda\,S}\), et

\(\Phi=\dfrac{\Delta T}{R_{th}}\) (analogue à \(I=U/R\))

Piège : un bon isolant a \(\lambda\) petit donc \(R_{th}\) grand (flux \(\Phi\) faible).

Exemple type — chauffage d'une masse d'eau

On chauffe \(m=1{,}5\) kg d'eau de \(20\,°\text{C}\) à \(60\,°\text{C}\) (\(c_{eau}=4{,}18\times10^{3}\) J·kg⁻¹·K⁻¹). Le transfert thermique reçu vaut :

\(Q=m\,c\,\Delta T=1{,}5\times4{,}18\times10^{3}\times(60-20)\approx 2{,}5\times10^{5}\) J.

Bouilloire de \(P=2{,}0\) kW (rendement 100 %) : \(\Delta t=\dfrac{Q}{P}=\dfrac{2{,}5\times10^{5}}{2{,}0\times10^{3}}\approx 1{,}3\times10^{2}\) s (environ 2 min).

Résumé express — Méthode type

1	Délimiter le système et identifier les échanges (travail \(W\), chaleur \(Q\))
2	Affecter à chacun son signe : reçu \((+)\), cédé \((-)\)
3	Écrire \(\Delta U=W+Q\), remplacer \(\Delta U=mc\Delta T\) pour une température
4	Pour une paroi : \(R_{th}=\dfrac{e}{\lambda S}\) puis \(\Phi=\dfrac{\Delta T}{R_{th}}\) (tout en unités SI)