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Thermodynamique - ilm-perso.univ-lyon1.frilm-perso.univ-lyon1.fr/~asmiguel/teaching/Thermodynamique/thermo1 · PDF fileThermodynamique Bibliographie Claire Lhuillier et de Jean Rous,

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  • Thermodynamiquedu grec Thermos: chauddu grec Dunamis: puissance

    DfinitionLa thermodynamique est la description macroscopique des

    proprits de la matire en termes de grandeurs physiques spcifiques

    Constat exprimentalQuelques paramtres (les grandeurs physiques) suffissent pour

    dcrire les proprits macroscopiques dun systme.

    DfinitionVariables thermodynamiques : grandeur macroscopique mesurable qui

    sert dfinir ltat dun systme.

    Pr. Alfonso San MiguelLaboratoire de Physique de la Matire Condense et NanostructuresBt L. Brillouin

  • Introduction. Dfinitions. Variables

    Gaz parfait.Modle microscopique. Gaz rel.

    Transformations thermodynamiques

    Chaleur et Travail. Premier principe de la thermodynamique.

    Systmes ouverts. Bilans d'nergie.

    Entropie. Deuxime principe de la thermodynamique.

    Transferts thermiques.

    ThermodynamiqueProgramme

  • ThermodynamiqueBibliographie

    Claire Lhuillier et de Jean Rous, Introduction la thermodynamique, collection 1er cycle universitaire, ditions DUNOD, 1994. Prix indicatif : 25 .250 pages.

    Edward J. Finn, Marcelo Alonso, Physique gnrale. Tome 1 : Mcanique et thermodynamique. Cours et exercices corrigs, ditions DUNOD, 1994. Prix indicatif : 45 . 575 pages.

    Etc, etc.

  • Thermodynamique Plan du cours 1.

    Introduction : objet de la thermodynamique

    Exemple : gaz idal

    Dfinitions basiques : le vocabulaire.

    Notion dquilibre thermodynamique.

    Application : pression dans un fluide

    Variables thermodynamiques (types, units)

  • Remarques

    Le passage du microscopique au macroscopique est fait par l'intermdiere de moyennes statistiques.

    Q : A partir de quel moment le microscopique devient macroscopique ?

    Q : Pourquoi ne pas resoudre le problme de faon exacte ? R: Nous ne savons pas le faire!

    R : Quand les moyennes statistiques sont applicables (principe des grands nombres)

    Les lois macroscopiques de la thermodynamique, dcoulent de lois microscopique.

    DfinitionLa thermodynamique est la description macroscopique des

    proprits de la matire en termes de grandeurs physiques spcifiques

  • Plus quun exemple

    Le Gaz idal (ou parfait) : gaz de particules sans interaction

    Variables thermodynamiques du gaz idal :P, V, T, n

    Constat exprimentalCes variables ne sont pas indpendantes entre elles

    DfinitionEquation dtat : fonction reliant diverses grandeurs thermodynamiques entre elles

    Loi de Boyle-MariottectePV

    cteTV Loi de Gay-Lussac

  • Equation dtat du gaz parfait

    R= 8,314 J mol-1 K-1 Constante universelle des gaz parfaits

    Constat exprimentalSeulement les gaz fortement dilus vrifient cette quation dtat

    Gaz rel : ne vrifie pas lquation dtat du gaz parfait

    nRTPV

  • Le Vocabulaire

    SystmeQuantit macroscopique de matire

    Milieu extrieur-Ensemble qui peut changer :

    de lnergie, de la chaleur ou du travail,des particules

    ave le systme tudi

    IntractionEchanges macroscopiques

    ParoisLiaisons systme/milieu

    extrieur

    Types de parois

    Adiabatiques : pas dchange de chaleur.

    Dformable : permet lchange de volume. (contraire de rigide).

    Permable: permet lchange de particules

    Systme isolSans interaction avec le milieu

    extrieur

    TransformationEvolution dun tat

    thermodynamique un autre

  • Systme en quilibre thermodynamique

    Deux conditions :

    1) Les variables thermodynamiques qui dcrivent le systme sont indpendantes du temps.

    En particulier :-Equilibre thermique (T)

    - Equilibre mcanique (P, )- Equilibre chimique (n)

    2) Le systme est homogne.

  • La PressionDfinition

    Force par unit de surface avec la force normale cette surface.

    SFP

    OrigineLa pression est due aux chocs des particules sur la surface

    Units de pression S.I.

    Pascal : Pa = N/m2

    1 torr = 1 mm Hg

    1atm = 101325 Pa=760 mm Hg

    Pression atmosphrique (pression moyenne de lair la surface de la terre)

    ( )2=

    1 bar =105 Pa

  • 10-4

    10-3

    10-2

    10-1

    100

    101

    102

    103

    104

    105Pr

    essio

    n (G

    Pa)

    Profondeur des ocans

    Surface de la Terre

    Centre de la Terre

    Synthse du diamant

    Centre de Jupiter

    Centre du Soleil : 107 GPa

    Pressions extrmes

    Meilleur videau laboratoire : 10-16 Pa

    Etoile de neutrons : 1030 Pa

    Vide intergalactique : 10-30 Pa

    Cellule enclumes de diamant

  • Pression dans un fluide l'quilibre

    A pdpF gA p=0

    Adp Adz g=0

    pdpA

    pA

    Soit un lement de volume du fluide Adz

    dp= g dz F laterales=0 dplateral=0

    F verticales=0

    F g=m g= Adz g

    z

    dzA

    z

    Note : dz et dp doivent avoir le mme sensd'augmentation positif, car pris du mme signe.

  • Units des principales variables thermodynamiques

    Pression ( P) S.I : Pascal : Pa = N/m2

    Usuel : bar = 105 Paatm = 101325 Pa = 760 mm Hgtorr = 1 mm HgPression atmosphrique ~ 105 Pa

    Volume (V) S.I : m3

    Usuel : litre = 10-3 m3

    Temprature (T) S.I : K

    Usuel : t (C) = T(K) - 273,15

    Energie (E, U, W , Q) S.I : J (Nm)

    Usuel : cal = 4,186 J

  • 10-12pico

    p

    10-9nano

    n

    10-6micro

    10-3milim

    103kilo

    k

    106mega

    M

    109gigaG

    1012teraT

    Units : conseils pressants

    Pas d'units dans les calculs (sauf lors des conversion d'units)

    Rsultat : signe + valeur numrique + units

    Pas de fraction : prcision rflechie

    Utilisation des prfixes si appropi :

  • Types de variables thermodynamiques

    dcrit avec un ensemble de variables.Exemple : n, V, T, P

    Coupons ce systme S en 2 parties S1 et S2 qui restent en quilibre

    S1 S2

    Soit un systme S homogne et en quilibre thermodynamique

    S

    On peut mesurer : n1, V1, T1, P1n2, V2, T2, P2

    Si X est l'une de variables : X est extensive si X = X1 + X2

    X est intensive si X = X1 = X2

    Exemples ?V, n, S(entropie)Exemples ?P, T, (potentiel chimique)

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