Physique statistique classique

Énergie interne et enthalpie

Comparez l'énergie interne U et l'enthalpie $H=U+pV$ quand température et paramètre de contrôle varient, et reliez la différence aux capacités $C_V=(\partial U/\partial T)_V$ et $C_p=(\partial H/\partial T)_p$ .

Licence

Matériel

Deux canevas : modèle qualitatif 3D et graphe quantitatif normalisé de U, pV et H
Curseur « température »
Curseur « paramètre »

Protocole

Suivre U et H avec la température
Balayez le curseur de température et observez la réponse de U et $H=U+pV$ sur le graphe quantitatif. Pour un terme pV fixe, les deux courbes se déplacent ensemble mais restent décalées de pV ; lisez l'écart et confirmez qu'il égale la contribution pV affichée.
Estimer les capacités thermiques
Mesurez les pentes $\Delta U/\Delta T$ et $\Delta H/\Delta T$ à partir de deux lectures de température chacune. Elles estiment $C_V$ et $C_p$ ; pour un gaz, $C_p>C_V$ car à pression constante une partie de la chaleur fournit le travail de détente.
Changer le paramètre de contrôle
Déplacez le curseur du paramètre et décrivez comment l'équilibre entre U et le terme pV évolue. Dites quel potentiel est naturel pour votre contrainte — U et V fixés, ou H à p constante — et prédisez le nouvel écart avant de le lire sur le graphe.

Simulation

Histoire de l’expérience

Les expériences de James Prescott Joule dans les années 1840 montrèrent que chaleur et travail modifient tous deux l'énergie d'un corps ; Rudolf Clausius les organisa en 1850 dans le premier principe

dU=\delta Q-\delta W

, introduisant l'énergie interne comme fonction d'état. Le concept donna à la physique thermique la rigueur comptable de la mécanique. L'enthalpie

H=U+pV

apparut au XIXᵉ siècle pour les écoulements et la chimie à pression constante, où la chaleur échangée égale directement

\Delta H

— c'est pourquoi les chaleurs de réaction sont tabulées en enthalpies. Le cadre thermodynamique de Gibbs fit ensuite de H un membre d'une famille de potentiels reliés par transformées de Legendre.

Physiciens associés

James Prescott Joule Rudolf Clausius William Thomson (Lord Kelvin)Josiah Willard Gibbs

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