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Énergie interne et enthalpie d'un gaz parfait

1845
  • James Prescott Joule
Appareil de laboratoire pour mesurer l'énergie interne et l'enthalpie d'un gaz parfait en thermodynamique.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

Pour un gaz parfaitL'énergie interne (U) et l'enthalpie (H) sont des fonctions de la température uniquement. Leurs variations sont données par ΔU = m c_v ΔT et ΔH = m c_p ΔT, où c_v et c_p sont les chaleurs spécifiques à volume constant et constant. pression, respectivement, et sont supposés constants.

Un principe fondamental du modèle du gaz parfait est que son énergie interne dépend uniquement de sa température. Ce principe a été démontré expérimentalement par James Prescott Joule lors de ses expériences de détente. Pour un gaz parfait, l'énergie interne est la somme des énergies cinétiques de ses molécules constitutives. La température étant une mesure de l'énergie cinétique moyenne, l'énergie interne est une fonction de la température. Le modèle du gaz parfait simplifie davantage ce modèle en supposant une relation linéaire via une capacité thermique massique constante à volume constant, cv. Ainsi, la variation d'énergie interne massique est Δu = cvΔT.

L'enthalpie ([latex]H[/latex]) est une thermodynamique Le potentiel est défini comme [latex]H = U + PV[/latex]. Pour un gaz parfait, en utilisant le loi des gaz parfaits (PV = nRT), l'enthalpie devient H = U(T) + nRT, qui ne dépend que de la température. La variation d'enthalpie spécifique est donnée de la même manière par Δh = cpΔT, où cp est la capacité thermique massique constante à pression constante. Cette simplification est extrêmement puissante en ingénierie, car elle permet un calcul direct des variations d'énergie lors de processus tels que la compression, la détente et le chauffage, sans avoir recours à des tables ou des équations d'état complexes. Elle constitue ainsi la base de l'analyse des moteurs, des réfrigérateurs et des centrales électriques.

UNESCO Nomenclature: 2212
– Thermodynamique

Taper

Modèle théorique

Perturbation

Fondamentaux

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • première loi de la thermodynamique
  • l'expérience d'expansion de Joule
  • concept d'énergie interne
  • idéal loi sur les gaz
  • définition de l'enthalpie

Applications

  • analyse des cycles thermodynamiques (par exemple, Brayton, Otto)
  • calcul du transfert de chaleur dans les systèmes à gaz
  • conception d'échangeurs de chaleur
  • modélisation des turbines à gaz et des moteurs à réaction
  • processus chimique ingénierie pour les calculs de bilan énergétique

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • logiciel d'audit énergétique en temps réel pour les fours à gaz industriels
  • control systems for cryogenic gas liquefaction that optimize energy consumption
  • algorithmes de maintenance prédictive pour compresseurs de gaz basés sur les performances thermiques
  • outils de simulation pour la conception de systèmes de refroidissement de moteurs à combustion interne plus efficaces
  • systèmes de gestion thermique sur puce pour capteurs de gaz à micro-échelle
  • modèles dynamiques pour l'optimisation des centrales à cycle combiné
  • software for calculating the empreinte carbone of industrial heating processes
  • modélisation thermodynamique avancée pour le blindage thermique des véhicules hypersoniques
  • développement de nouveaux cycles de réfrigération utilisant des mélanges de gaz non standard
  • conception automatisée de générateurs de vapeur à récupération de chaleur
Related to: internal energy, enthalpy, gaz parfait, Joule’s first law, specific heat, temperature, thermodynamics, energy balance, heat transfer, thermodynamic cycles.

Contexte historique

Énergie interne et enthalpie d'un gaz parfait

1835
1838
1841
1845
1850
1850
1850
1834
1836
1839-01-01
1842
1847
1850
1850
1850

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

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