Les bases de la thermodynamique. Cours et …

1 Les bases dela thermodynamiqueJean-No l FoussardEdmond JulienSt phane Math Hubert DebellefontaineCours et exercices corrig sLes bases dela thermodynamique3e ditionIllustration de couverture pandawild Dunod, 2005, 2010, 20155 rue Laromigui re, 75005 978-2-10-072131-3 TABLE DES MATI RESA vant-proposIXIntroductionXIChapitre La notion de syst D Les diff rents types de syst mes2 Exercice d application. Types de syst Description de l tat d un syst me3 Exercice d application. La notion de pression Caract re intensif ou extensif d une Homog n it et h t rog n it d un syst me7 Exercice d application. Syst me homog ne et h t rog volution d un syst tat de repos et tat d quilibre d un syst me8 Exercice d application. La notion d tat d La notion de L outil math Diff rentielle et forme diff Fonction d tat et grandeur de La notion de fonction homog ne15 Exercice d application.

2 Fonction homog ne et grandeur Les syst mes thermo lastiques quations d tat16 Exercice d application. Relations entre les coefficients diff Les coefficients thermo Le mod le du gaz Approche exp rimentale du gaz D finition du gaz parfait20 Exercice d application. Gaz parfait et coefficients calorim M lange de gaz parfaits22 Exercices24 Solutions30 Chapitre et L change de travail avec l ext Pr Les travaux m caniques39 Exercice d application. Syst me thermo lastique et travailm Les autres travaux42 Dunod. Toute reproduction non autoris e est un d bases de la L change de chaleur avec l ext La notion de La notion de source L change de chaleur45 Exercice d application. Relations entre les coefficientscalorim Capacit s calorifiques d un corps Capacit s calorifiques d un m lange48 Exercice d application. Capacit calorifique de l air48 Exercices50 Solutions51 Chapitre premier Le premier principe et l nergie nonc du premier Premier principe et transformation Cons quence du premier La notion d nergie interne d un syst me60 Exercice d application.

3 Calcul d une variation d nergie L nergie interne, fonction d Application au gaz La loi de Cons quences pour le gaz parfait64 Exercice d application. Compression irr versible d un gaz Conditions de validit d une La transformation polytropique67 Exercice d application. D tente d un gaz parfait68 Exercices70 Solutions74 Chapitre fonction Casdessyst mesferm La fonction Les cas classiques85 Exercice d application. Calcul de la variation d enthalpied un syst Introduction aux syst mes Cas g n Cas particulier d un syst me ouvert stationnaire92 Exercice d application. tude d un coulement stationnaire La d tente de Joule et Thomson94 Exercices96 Solutions100 Chapitre deuxi me Les insuffisances du premier Transformation cyclique La notion de qualit de l Le niveau de transfert de la chaleur106 VITable des mati Le deuxi me Relation de d finition de l entropie106 Exercice d application.

4 Calcul d une variation d Bilan entropique d un syst me ferm et deuxi me Bilan entropique des syst mes ouverts en r gime Cons quences du deuxi me Spontan it d une transformation110 Exercice d application. Calcul d une production d Entropie et syst me thermo L quation fondamentale de Entropie et variables d Troisi me principe et signification physique de l Les fonctions d riv es de l nergie libre et enthalpie nergie libre par rapport l Enthalpie libre par rapport l ambiance120 Exercice d application. R cup ration de l nergie cin tique du Application l tat d quilibre d un syst me physique121 Exercices122 Solutions126 Chapitre du corps Notions de base sur le corps Changements d tat d un corps Entropie absolue d un corps pur134 Exercice d application. Calcul de l entropie absolue d un corps Enthalpie libre molaire d un corps Le ph nom ne de Le ph nom ne de l Condensation dans un milieu h t rog ne en temp Aspect Caract risation de l tat d La notion de La relation fondamentale de Repr sentation graphique149 Exercice d application.

5 Un peu de magie151 Exercice d application. Le ph nom ne de Les retards aux transitions de phases153 Exercice d application. Solidification de l eau liquide en Transformations allotropiques du corps pur155 Exercices156 Solutions161 Chapitre uides r Les isothermes d volution isotherme d un fluide r el173 Dunod. Toute reproduction non autoris e est un d bases de la La r gle des moments175 Exercice d application. Calcul du titre vapeur d un m quations d tat des fluides r L quation de Van der L quation de Redlich-Kwong179 Exercice d application. Comportement volum triqued une vapeur satur L quation de Peng-Robinson181 Exercice d application. D termination du comportementvolum trique d un m lange de fluides r Calcul des fonctions thermodynamiques des fluides r La notion de grandeur r Expression des grandeurs r quations d tat et grandeurs r Les diagrammes Grandeurs relatives un fluide homog Le diagramme Le diagramme enthalpique198 Exercices202 Solutions205 Chapitre machines Notions pr D Les diff rents types de machines Les machines dithermes G n ralit s222 Exercice d application.

6 Calcul d un rendement La machine de r f rence de Carnot224 Exercice d application. Machine motrice de Carnot fluideliqu Cycles de base des installations r elles226 Exercice d application. Le cycle id al de d application. Le cycle id al de Hirn avec simple La notion de rendement isentropique230 Exercice d application. Rendement isentropique d une Installations Les machines dithermes r G n ralit Les machines r ceptrices fluide liqu Les machines bi- tag Les machines cycle inversable239 Exercices241 Solutions248 Bibliographie256 Index257 VIIIAVANT-PROPOSL enseignement de la thermodynamique macroscopique rencontre des difficult s in-h rentes la nature m me du sujet. C est en effet l une des rares disciplines scienti-fiques qui s appuie sur un nombre tr s restreint de principes dont d coulent, en toutelogique, les diff rentes lois de la thermodynamique. De ce fait, la d marche thermo-dynamique est tr s difficile faire admettre un tudiant g n ralement trop enclin la r duire la simple utilisation de formules dont il a, bien souvent, oubli lesconditions d thermodynamique est partout !

7 Elle est pr sente dans la vie courante et danstoutes les branches de l industrie (chauffage et climatisation des locaux, laborationde mat riaux pour l lectronique, distillation des hydrocarbures, etc.). Cet ouvrage apour objectif d exposer les bases fondamentales de thermodynamique que doit ma -triser tout futur ing nieur pour les mettre en uvre lors de la conception ou de l am -lioration d un proc d .L exp rience que nous avons de cet enseignement nous a appris que tr s souventl tudiant reste perdu et surtout passif face un expos traditionnel mais n cessairede cette discipline. Nous avons essay d viter, dans la mesure du possible, cet cueilen adoptant un expos simple et pratique des diff rentes notions et des cons quencesqui en d coulent. Des exemples, en Cours de chapitre, illustrent les concepts abord safin de montrer que la thermodynamique n a pas qu un c t th orique. Les notionsles plus importantes sont mises en vidence.

8 Des exercices d application directe desnotions tudi es sont propos s en fin de chaque chapitre avec l arri re-pens e d ap-porter au lecteur des compl ments d information et d attirer son attention sur despoints particuli rement cette troisi me dition les chapitres consacr s aux fluides r els et aux ma-chines thermiques ont t r crits et tr s largement d velopp s. En parall le, un ou-vrage intitul Thermodynamique. Applications aux syst mes physicochimiquesest encours de publication dans la m me collection ; nous y avons trait les th mes sui-vants : description des syst mes physicochimiques, potentiel chimique et fugacit ,les solutions r elles, grandeurs de r action, quilibres chimiques. Dans un souci decoh rence, le chapitre grandeurs de r action , initialement pr sent dans les deuxpremi res ditions de l ouvrage Thermodynamique : bases et applications , a t r crit, d velopp et transf r vers ce nouvel ouvrage.

9 Dunod. Toute reproduction non autoris e est un d bases de la thermodynamiqueRemerciementsCet ouvrage s inspire directement de l enseignement de thermodynamique donn aux l ves de 1reann e de l Institut National des Sciences Appliqu es de Toulouse ainsiqu aux l ves, en 2eann e de ce m me institut, suivant la pr -orientation Ing -nierie Chimique et Biochimique et Environnement . Cet enseignement est le fruitdu travail incessant de toute une quipe, encadr e par les auteurs de l ouvrage, ausein de laquelle les discussions et les remarques enrichissantes ont toujours t tenons galement adresser nos plus vifs remerciements toute l quipe des ditions Dunod pour leur aide et plus particuli rement Laetitia H rin pour son suiviattentif et les pr cieux conseils qu elle nous a prodigu s tout le long de la r dactionet de la mise en forme de cet terme thermodynamique vient de deux mots grecs :thermos(le feu) etdu-namicos(la puissance).

10 Cette discipline appara t donc comme la science qui traitedes relations entre les ph nom nes thermiques et les ph nom nes m caniques. Sicette conception correspond bien aux travaux primordiaux r alis s auxxviiieetxixesi cles (machines vapeur de Newcomen, Watt, Papin et Carnot, moteurs ther-miques de Otto, ),denos jours cer le initial est largement d pass . Cettescience s applique dans tous les domaines en raison de la port e universelle de sestrois principes. En effet, un nonc dans un domaine scientifique quelconque quicontredirait les principes de la thermodynamique serait imm diatement mis en d -faut. La thermodynamique appara t donc comme la science des transformationsde l nergie, de la mati re et des tats d quilibre .Il existe deux approches de la thermodynamique : Une approche globale qui repose sur trois principes admis une fois pour touteset dont on d duit par un raisonnement purement logique les diff rentes lois de lathermodynamique.