Therodynamique - Notes de Cours

Introduction à la Thermodynamique

• Définitions :
  • Composé de deux mots : Thermo (chaleur) et Dynamique (mouvement).
  • Étudie les mouvements causés par la chaleur.
  • Propriétés impactées par la chaleur : Pression, vitesse, température, énergie interne, entropie.

Objectif de la Thermodynamique

• Comprendre comment les transformations d'énergie se produisent.
• Convertir efficacement une forme d'énergie en une autre avec des pertes minimales.
• Réversibilité et minimisation des pertes (entropie).

Définitions de base

Système

• Définition : Zone de focalisation d'étude.
• Types de systèmes :
  • Fermé : Pas d'échange de masse, mais échange d'énergie.
  • Ouvert : Échange de masse et d'énergie.
  • Isolé : Pas d'échange de masse ni d'énergie.
• Environnement : Tout ce qui entoure le système.
• Frontière : Sépare le système de son environnement, peut être réelle ou imaginaire.

Propriétés des Systèmes

• Propriétés physiques : Pression, température, volume, énergie interne, enthalpie, entropie.
• Propriétés intensives : Indépendantes de la masse (ex : pression, température).
• Propriétés extensives : Dépendent de la masse (ex : volume, énergie interne).
• Équation d'état : Relation entre les propriétés du système (ex : PV=nRT).

Thermodynamique et Propriétés

• Les changements de propriété d'un système sont étudiés.
• Fonctions d'état : Dépendent de l'état initial et final, pas du chemin emprunté (ex: énergie interne, enthalpie).
• Fonctions d'exactitude et d'inexactitude des variations :
  • Fonction d'état (propriétés) : Différentielle exacte.
  • Travail et chaleur : Différentielle inexacte.

Equilibre Thermodynamique

• Conditions pour l'équilibre thermodynamique :
  • Equilibre mécanique : Pas de différence de pression.
  • Equilibre chimique : Pas de réaction chimique interne.
  • Equilibre thermique : Température constante partout.

Equations de Gaz Idéaux

• Équation de l'état pour un gaz idéal : PV=nRT.
• Conditions d'application : Gaz à basse pression et haute température.
• Facteur de compressibilité Z introduit pour les réelles déviations des gaz idéaux.

Loi zéro de la Thermodynamique

• Si deux systèmes sont chacun en équilibre thermique avec un troisième système, alors ils sont en équilibre thermique entre eux.
• Utilisation d'un thermomètre pour mesurer la température.
• Propriété thermométrique : Propriété utilisée pour mesurer la température.

Types de Thermomètres

• Résistance : Propriété thermométrique : résistance.
• Couple thermocouple : Effet Seebeck, propriété : différence de potentiel.
• Mercure : Propriété thermométrique : volume/longueur du mercure.
• Volume constant : Propriété thermométrique : pression.
• Pression constante : Propriété thermométrique : volume.

Echelles de Température

• Définition arbitraire et basée sur des méthodes diverses (points de référence comme point de glace et de vapeur).
• Conversion entre échelles de température implicites (Celsius, Fahrenheit, Kelvin).