Énergie

Travail et chaleur

Le travail est un transfert ordonné d’énergie entre un système et le milieu extérieur.

• Considérons l’ensemble cylindre piston qui est à la base de l’obtention de travail mécanique par action de la chaleur. À l’échelle microscopique les chocs des particules de gaz sur le piston définissent la pression exercée sur celui-ci à l’échelle macroscopique. Chaque choc contribue au déplacement concerté avec les autres chocs, du piston dans la même direction. Il y a addition des forces induites par chaque choc et c’est pourquoi le transfert d’énergie est considéré comme ordonné.

• Si l’on considère maintenant le travail électrique. Il est du au déplacement des électrons dans un conducteur sous l’influence d’un champ électrique. Ici encore l’ensemble des électrons se déplace dans la même direction et les effets s’additionnent au niveau macroscopique.

La chaleur est un transfert désordonné d’énergie entre le système et le milieu extérieur.

• La chaleur est un transfert d’agitation thermique. L’agitation des particules se propage au gré des chocs dans toutes les directions, de façon désordonnée. C’est pour cette raison que l’on ne peut jamais transformer intégralement de l’énergie calorifique en travail alors que l’inverse est possible ( ex: travail électrique transformé en chaleur par effet joule dans un radiateur électrique ). On dit encore que la chaleur est une forme dégradée de l’énergie.

Comment se transmet la chaleur ? Le système le plus chaud, c’est-à-dire celui dont les particules sont statistiquement les plus agitées, va transmettre son agitation thermique au gré des chocs plus ou moins énergétiques, au milieu extérieur ou au système statistiquement le moins agité, c’est-à-dire le plus froid. Cette constatation intuitive est formalisée par le second principe de la thermodynamique.

En conclusion

Le travail et la chaleur ne sont pas des fonctions d’état. Leur quantité mise en jeu au cours d’une transformation dépend de la façon dont on procède.