Première loi de Joule

Première loi de Joule: Loi de Joule et Gay-Lussac

Un gaz suit la loi de Joule et Gay-Lussac (ou première loi de Joule ou loi de Joule) si son énergie interne $U\, (V,\, T)$ ne dépend que de la température et ne dépend donc pas du volume. On dit alors que le gaz est gaz de Joule. L'expérience permettant de déterminer si un gaz suit la loi de Joule et Gay-Lussac est appelée détente de Joule et Gay-Lussac. Tous les gaz parfaits vérifient cette loi et aucun gaz ne vérifiant pas cette loi ne peut être parfait.

Sommaire

1 Histoire

2 Critère de Joule

3 Conséquence sur l'équation d'état

4 Identification de la température absolue du gaz parfait T' avec la température thermodynamique

5 Cas des gaz réels

6 Articles connexes

Histoire

Gay-Lussac entreprit le premier de vérifier cette loi. Mais c'était peine perdue avec son appareil. Joule poursuivit avec le même appareil, mais un protocole différent. C'est Hirn qui mit en définitive l'expérience sur pied.

Critère de Joule

Un critère pour savoir si un gaz réel est un gaz de Joule est d'effectuer justement cette détente à énergie interne constante : l'expérience réalisée par Hirn est la suivante : une petite ampoule du gaz à étudier de volume $V 1$ est placée dans un grand récipient vide de volume $V 2$ . Par un choc d'ultrasons, on brise l'ampoule et le gaz emplit immédiatement le volume $V 2$ . Simultanément, un capteur de pression mesure la pression $P 2$ (celle-ci s'uniformise rapidement). De l'équation d'état du gaz, et de $P 2$ et $V 2$ , on tire la température finale $T 2$ qu'aura le gaz plus tard quand l'équilibre thermique sera réalisé. L'astuce est que l'on connaît $T 2$ bien avant. On gagne ainsi en précision, car les parois n'auront pas pu absorber beaucoup de chaleur : la transformation est donc adiabatique ( $Q = 0$ ) et certes irréversible ! D'autre part $W = 0$ , car le gaz a « poussé » du vide ! En définitive l'expérience est bien à énergie interne $U$ constante.

Si $T 2 = T 1$ , c'est que $U\, (V_2,\, T_1) = U\, (V_1,\, T_1)$ . Par induction, si on répète l'expérience à toute température, on aura bien prouvé que $U$ ne dépend pas du volume.

Réciproque : si $T 2$ diffère de $T 1$ (par exemple $T 2 < T 1$ ) , comme $U$ à $V = c s t e$ varie de manière monotone avec $T$ ( $C V > 0$ ) $U\, (V_2,\, T_2) < U\, (V_2,\, T_1)$ , soit $U\, (V_1,\, T_1) < U\, (V_2,\, T_1)$ : quand le volume varie, $U$ change à $T = c s t e$ : ce n'est pas un gaz de Joule !

Conséquence sur l'équation d'état

Comme $d U = C V d T + (l - p) d V$ , un gaz de Joule est tel que $l = p$ , soit par la formule de Clapeyron $T\, \frac{\partial P(V,T)}{\partial T} = P$ , c’est-à-dire que $P\, f(V) = N\, k\, T$ , avec $f\, (V) = V$ quand $P\to0$ .

Identification de la température absolue du gaz parfait T' avec la température thermodynamique

Un gaz parfait est un gaz de Joule $P f (V) = N k T$ et un gaz de Mariotte $P V = N k T'$ avec $T'= g\, (T)$ puisque c'est une échelle de température. Il en résulte que $\frac{f\, (V)}{V} = \frac{T}{g\, (T)} = cste$ : mais $f\, (V) = V$ quand $P\to0$ ; donc $g\, (T) = T$ cqfd. (cf thermométrie)

Cas des gaz réels

Pour la plupart des gaz, $T 2 < T 1$ : ce ne sont pas des gaz de Joule.

Pour l'hydrogène, il y a inversion de l'effet Joule : pour $T 1 < T c$ , il se refroidit ; pour $T 1 > T c$ il s'échauffe. On interprète ceci de la manière suivante en termes du deuxième coefficient du viriel $b\, (T)$ : $PV = NkT + Nb\, (T)P$ .

Il est facile de calculer $l - P = NTPb'\, (T)$ : or $b\, (T)$ croît et passe par un maximum pour $T c$ : c'est la température d'inversion de l'effet Joule (pour les basses pressions). Pour les hautes pressions, il faut prendre en compte les autres coefficients du viriel.

Articles connexes

Détente de Joule et Gay-Lussac

Loi de Joule-Thomson

Théorie cinétique des gaz, interprétation microscopique de l'effet Joule.

Portail de la physique

Ce document provient de « Loi de Joule et Gay-Lussac ».

Catégories : Article à recycler (physique) | Loi en physique

Contenu soumis à la licence CC-BY-SA. Source : Article Première loi de Joule de Wikipédia en français (auteurs)

Игры ⚽ Нужно решить контрольную?

Regardez d'autres dictionnaires:

Loi De Joule Et Gay-Lussac — Un gaz suit la loi de Joule et Gay Lussac (ou première loi de Joule ou loi de Joule) si son énergie interne ne dépend que de la température et ne dépend donc pas du volume. On dit alors que le gaz est gaz de Joule. L expérience permettant de… … Wikipédia en Français
Loi de joule et gay-lussac — Un gaz suit la loi de Joule et Gay Lussac (ou première loi de Joule ou loi de Joule) si son énergie interne ne dépend que de la température et ne dépend donc pas du volume. On dit alors que le gaz est gaz de Joule. L expérience permettant de… … Wikipédia en Français
Loi de Joule (thermodynamique) — En thermodynamique, les lois de Joule sont deux lois de comportement d un gaz qui énoncent respectivement que son énergie interne ne dépend que de sa température (première loi de Joule) et que son enthalpie ne dépend que de sa température… … Wikipédia en Français
Loi de Joule et Gay-Lussac — Un gaz suit la loi de Joule et Gay Lussac (ou première loi de Joule ou loi de Joule) si son énergie interne ne dépend que de la température et ne dépend donc pas du volume. On dit alors que le gaz est gaz de Joule. L expérience permettant de… … Wikipédia en Français
Lois de Joule — Loi de Joule (thermodynamique) En thermodynamique, les lois de Joule sont deux lois de comportement d un gaz qui énoncent respectivement que son énergie interne ne dépend que de sa température (première loi de Joule) et que son enthalpie ne… … Wikipédia en Français
LOI — Le mot «loi» est l’un des plus polyvalents qui soient, et cela, avant tout, parce que la réalité qu’il recouvre est ambiguë, ou plutôt d’une complexité historique et existentielle difficile à tirer au clair. Pour ne conserver que l’acception… … Encyclopédie Universelle
Détente de Joule et Gay-Lussac — La détente de Joule Gay Lussac est une détente adiabatique irréversible dans le vide. Pendant cette expérience, l énergie interne du système reste constante : elle est donc isoénergétique. On en déduit la première loi de Joule :… … Wikipédia en Français
Premiere scientifique — Première scientifique Cet article fait partie d’une série sur le système éducatif français École maternelle en France … Wikipédia en Français
Première S — Première scientifique Cet article fait partie d’une série sur le système éducatif français École maternelle en France … Wikipédia en Français
Première S (éducation) — Première scientifique Cet article fait partie d’une série sur le système éducatif français École maternelle en France … Wikipédia en Français

Dictionnaires et Encyclopédies sur 'Academic'

Première loi de Joule

Loi de Joule et Gay-Lussac

Sommaire

Histoire

Critère de Joule

Conséquence sur l'équation d'état

Identification de la température absolue du gaz parfait T' avec la température thermodynamique

Cas des gaz réels

Articles connexes

Regardez d'autres dictionnaires:

Share the article and excerpts

Dictionnaires et Encyclopédies sur 'Academic'

Wikipédia en Français

Première loi de Joule

Loi de Joule et Gay-Lussac

Sommaire

Histoire

Critère de Joule

Conséquence sur l'équation d'état

Identification de la température absolue du gaz parfait T' avec la température thermodynamique

Cas des gaz réels

Articles connexes

Regardez d'autres dictionnaires:

Share the article and excerpts

Direct link