Premier principe de la thermodynamique

Selon le premier principe de la thermodynamique, lors de toute transformation, il y a conservation de l'énergie. Dans le cas des systèmes thermodynamiques fermés, il s'énonce de la manière suivante : Au cours d'une transformation quelconque d'un système fermé, la variation de son énergie est égale à la quantité d'énergie échangée avec le milieu extérieur, par transfert thermique (chaleur) et transfert mécanique (travail). Pour tout système thermodynamique, on peut définir, à une constante près, une fonction U, appelée énergie interne, et ayant les propriétés suivantes : U est une fonction d'état (elle ne dépend que des états initiaux et finaux de la transformation) ; U est extensive ; U se conserve dans un système isolé. La variation de U au cours d'une transformation infinitésimale d'un système fermé (de composition fixe) vérifie : avec : variation de l'énergie cinétique macroscopique ; variation de l'énergie potentielle extérieure ou encore opposé du travail des forces conservatives extérieures ; travail des forces non conservatives du milieu extérieur sur le système (négatif si le travail est résistant, positif s'il est adjuvant) ; quantité de chaleur échangée avec le milieu extérieur au système (par conduction, convection ou rayonnement). La convention choisie ici est de noter positivement un transfert thermique de l'extérieur vers le système. Contrairement aux énergies potentielles et internes, le travail et la chaleur ne sont pas des variations de fonctions d’état. Leurs valeurs au cours d’une transformation, dépendent de la façon dont on procède pour réaliser la transformation et non pas uniquement des états initial et final. L'avancée fondamentale du premier principe de la thermodynamique pour la physique consiste en l'introduction de l'énergie interne. Cette énergie rend compte de l'agitation interne du système au niveau atomique. Comme toute énergie, elle est définie à une constante près.