Note de cours de Thermodynamique Chapitre 1

1 Note de cours de Thermodynamique Chapitre 1 Chedlia MHEDHBI p SHILI Page 2 Chapitre 1 : LES NOTIONS DE BASE DE LA Thermodynamique Dans ce Chapitre , sont regroup s les langages et les outils utiles pour aborder efficacement la Thermodynamique . Les langages : comprend les d finitions des termes. Les outils : recouvrent les d finitions des param tres qui sont mis en uvre pour d terminer l tat d un syst me. I. DEFINITIONS Syst me et milieu ext rieur Le syst me est une partie d espace qui est limit e par une surface r elle ou fictive travers laquelle s effectuent les changes d nergie (sous forme de travail ou de chaleur) et /ou de mati re avec le milieu ext rieur.

2 L ensemble syst me et milieu ext rieur constitue l univers. Un syst me prend diff rents noms suivant la nature des changes effectu s avec le milieu ext rieur. Un syst me isol : un syst me est dit isol lorsqu il n changer ni nergie, ni mati re avec le milieu ext rieur. Un syst me ouvert : c est un syst me qui peut changer de l nergie et de la mati re avec le milieu ext rieur. Un syst me ferm : c est un syst me qui peut changer de l nergie mais pas de mati re avec le milieu ext rieur. Exemple : L univers est un syst me isol.

3 Les tres vivants sont des syst mes ouverts. Un syst me ouvert peut garder une masse constante. Conventions de signe Les changes et , alg briques, sont toujours valu s du point de vue du syst me par rapport l ext rieur . Les m mes changes, du point de vue de l ext rieur, seraient de signe contraire. Les changes re us par le syst me de la part de l ext rieur sont positifs, les changes fournis par le syst me l ext rieur sont n gatifs Note de cours de Thermodynamique Chapitre 1 Chedlia MHEDHBI p SHILI Page 3 Phase d un syst me Toute partie homog ne d un syst me constitue une phase Un syst me monophas ne comporte qu une phase.

4 Un m lange de gaz constitue un syst me monophas . Un syst me polyphas comporte plusieurs phases et constitue un syst me h t rog ne. Variables d tat, quation d tat, fonctions d tat Variables d tat Les variables d tat sont les variables qui d finissent, un instant donn , l tat macroscopique d un syst me. Exemple : La masse, la quantit de mati re, le volume, la pression, la temp rature, la charge lectrique, etc. Le choix de ces variables est fonction du probl me tudi . On distingue: Variables d tat extensives Dans une phase, les variables d tat proportionnelles la quantit de mati re sont des variables extensives.

5 Exemple : La masse, le volume, la charge lectrique etc. Ce sont des grandeurs additives. Variables d tat intensives Dans une phase, les variables d tat qui ne sont pas proportionnelles la quantit de mati re sont des variables intensives. Exemple : La temp rature, la pression, la masse volumique etc. quations d tat Certaines variables d tat (P,T,V,..) peuvent tre li es entre elles par une relation appel e quation d tat. Le syst me est alors d finit par l ensemble des variables d tat ind pendantes. L quation d tat d un gaz parfait : ; L quation de Van der Woals relative n moles de gaz : ou a et b sont des constantes qui caract risent le gaz Fonctions d tat Une fonction d tat est une fonction d une ou plusieurs variables d tats ind pendantes.

6 Note de cours de Thermodynamique Chapitre 1 Chedlia MHEDHBI p SHILI Page 4 Exemple : L nergie, l enthalpie, l entropie. Une fonction d tat ne d pend que de l tat initial et l tat final (elle ne d pend pas de chemin suivit). Math matiquement les fonctions d tat ont les m mes propri t s que les variables d tat : le volume d un gaz est une fonction de la pression et de la temp rature. Variance La variance est le nombre des param tres intensifs n cessaire et suffisant pour d terminer l tat d un syst me en quilibre.

7 Autrement dit, c est le nombre de facteur d quilibre que l on peut choisir de mani re arbitraire pour r aliser un tat d quilibre de la classe consid r e. La variance d un syst me Thermodynamique est donn e par la r gle de Gibbs : 2CV avec: V: Variance du syst me. C: Nombre de constituants du syst me. : Nombre de phases du syst me. Exemple : Soit un m lange de trois gaz parfaits. Ce m lange de gaz parfaits se comporte comme un gaz parfait de masse molaire M. C = 3 et = 1. La variance est V = 2. Nous pouvons fixer deux variables d tat arbitrairement.

8 Par exemple la pression P et la temp rature T II. TATS D QUILIBRE Un syst me est en quilibre Thermodynamique (macroscopique) : lorsque les variables d tat ne varient plus en fonction de temps lorsqu il n existe plus aucun change de mati re ou d energie avec le milieu ext rieur. quilibre thermique La temp rature de chaque partie du syst me est uniforme. quilibre m canique Les r sultantes des forces exerc es sur les parties mobiles du syst me sont nulles. Note de cours de Thermodynamique Chapitre 1 Chedlia MHEDHBI p SHILI Page 5 III.

9 VOLUTION D UN SYST ME D finition Le syst me subit une transformation s il passe d un tat A un tat B. Pour passer de l tat A l tat B, il y a en g n ral plusieurs transformations possibles, il peut y avoir ou non du transfert (d nergie ou de mati re) avec l ext rieur. Cycle Thermodynamique Lorsque le syst me d crit une suite de transformations au bout desquelles il revient son tat initial, on dit qu il a d crit un cycle. Toutes les variables et les fonctions d tat ont donc m me valeur dans l tat initial et dans l tat final. Transformation quasi statique Il s agit d une transformation suffisamment lente pour que le syst me passe d un tat initial tat final par une suite continue d tat d quilibre infiniment voisin.

10 Transformation r versible C est une transformation qui se fait lentement en passant par une infinit d tats d quilibre interm diaires voisins sans aucun ph nom ne dissipatif (pas de frottements solide, d in lasticit , de viscosit , d effet Joule ..) et on a toujours quilibre entre le syst me et le milieu ext rieur P ext rieur = P syst me Transformation irr versible Toute transformation non r versible est irr versible. Elles se font brusquement donc non quasi-statiques. Les transformations r elles sont g n ralement irr versibles, l une des principales causes d irr versibilit est la pr sence de frottements qui d gradent l nergie sous forme de chaleur.