Chapitre 15
Activité 3 - Activité d'exploration
Énergie interne
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Objectif : Citer les différentes contributions microscopiques à l'énergie interne d'un système.
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Problématique de l'activité
Lorsque l'on plonge sa main dans de l'eau chaude, la peau reçoit de l'énergie que l'on ressent sous la forme d'un réchauffement. Pour autant, l'eau reste immobile.
Quelle est la nature de cette énergie ?
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Doc. 1Énergies à l'échelle microscopique
En mécanique, les énergies cinétique et potentielle de pesanteur sont définies au niveau d'un seul point : le centre de masse. Pourtant, à l'échelle microscopique, on peut également définir des énergies cinétique et potentielle.
Dans un solide, un liquide ou un gaz, les différentes particules microscopiques sont en interaction les unes avec les autres. Dans le cas de particules chargées, il existe une force électrostatique qui provoque une attraction ou une répulsion entre celles-ci. On parle alors d'énergie potentielle d'interaction.
Par ailleurs, dès que l'on se trouve à une température distincte du zéro absolu (T = 0 K), les particules ne sont pas immobiles et sont animées de mouvements. Même si le corps est immobile dans son ensemble, les particules qui le constituent bougent : on parle d'énergie cinétique microscopique. L'énergie cinétique microscopique totale des particules est proportionnelle à la température T exprimée en kelvin (K).
L'énergie interne, notée U, est ainsi la somme des énergies potentielle et cinétique microscopiques :
Dans un solide, un liquide ou un gaz, les différentes particules microscopiques sont en interaction les unes avec les autres. Dans le cas de particules chargées, il existe une force électrostatique qui provoque une attraction ou une répulsion entre celles-ci. On parle alors d'énergie potentielle d'interaction.
Par ailleurs, dès que l'on se trouve à une température distincte du zéro absolu (T = 0 K), les particules ne sont pas immobiles et sont animées de mouvements. Même si le corps est immobile dans son ensemble, les particules qui le constituent bougent : on parle d'énergie cinétique microscopique. L'énergie cinétique microscopique totale des particules est proportionnelle à la température T exprimée en kelvin (K).
L'énergie interne, notée U, est ainsi la somme des énergies potentielle et cinétique microscopiques :
U = E_\text{c,micro} + E_\text{p,micro}
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Doc. 2États de la matière
La fusion, la vaporisation et la sublimation nécessitent un apport extérieur d'énergie. Dans le cas de la vaporisation, de l'énergie est nécessaire pour éloigner les particules les unes des autres.
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Doc. 3Fumerolle islandaise du Hverir
Une fumerolle est une émission de gaz très chaud (entre 100 °C et 500 °C) sortant du sol, souvent à proximité d'un volcan. Elle est constituée d'espèces chimiques présentes plus ou moins profondément dans le sol et qui, du fait de l'activité volcanique, se vaporisent et remontent vers la surface. La brume blanche atteste de la liquéfaction des gaz émis.
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Retrouvez une vidéo explicative sur les états de la matière ci-dessous :
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Questions
Compétence(s)
RAI/ANA : Lier modèles microscopiques et grandeurs macroscopiques
1. Pour un corps donné, classer les trois états de la matière selon la valeur de leur énergie cinétique microscopique.
2. Préciser ce que devient l'énergie interne de la matière présente dans une chambre magmatique lorsqu'une fumerolle se forme.
3. Prédire l'évolution de l'énergie interne des gaz une fois sortie du sol.
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Synthèse de l'activité
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