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Note de cours de Thermodynamique Chapitre 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. L ensemble syst me et milieu ext rieur constitue l univers.

Soit un mélange de trois gaz parfaits. Ce mélange 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’état arbitrairement. Par exemple la pression P et …

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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. L ensemble syst me et milieu ext rieur constitue l univers.

2 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 . 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.

3 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. 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.

4 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. 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.

5 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. 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.

6 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. 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.

7 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. 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.)

8 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. Transformations particuli res Transformation adiabatique La transformation d un syst me est adiabatique si elle s effectue sans change de chaleur avec le milieu ext rieur. Le syst me est thermiquement isol . Transformation isotherme La transformation d un syst me est isotherme si elle s effectue temp rature constante. Transformation isobare La transformation d un syst me est isobare si elle s effectue pression constante.

9 Transformation isochore Note de cours de Thermodynamique Chapitre 1 Chedlia MHEDHBI p SHILI Page 6 La transformation d un syst me est isochore si elle s effectue volume constant. IV. UNIT S Unit s fondamentales Les unit s fondamentales sont au nombre de sept. Elles sont pr sent es dans le tableau suivant : Grandeur Unit Symbole Dimension Masse kilogramme Kg M longueur m tre M L Temp rature kelvin K Temps seconde S T Quantit de mati re mole Mol N Intensit lectrique amp re A I Intensit lumineuse Candela Cd J Unit s d riv es A l aide des unit s fondamentales on construit les unit s d riv es et les unit s multiples: Toutes les unit s thermodynamiques du Syst me International d rivent des unit s fondamentales : la longueur (le m tre m), la masse (le kilogramme kg), le temps (la seconde, la quantit de mati re (mol) et la temp rature (le kelvin K).)

10 Unit s de temp rature - Le degr Celsius ( C) tel que : Degr s kelvin = degr s Celsius + 273,15 - Le degr Fahrenheit chez les anglo-saxons : Degr s Fahrenheit = 9/5 degr s Celsius + 32 Unit s de volume Un volume est une portion de l espace trois dimensions. Son unit est donc le m tre cube (m3). On utilise tr s souvent ses sous-multiples comme le litre (dm3) ou le millilitre (cm3). Unit s de force Une force est une grandeur d finissant l action d un corps sur un autre. - Dimension : - Unit SI : Le newton (N) Elle est aussi d finie comme l action d une masse de 1 kg soumise une acc l ration de (N = ) Note de cours de Thermodynamique Chapitre 1 Chedlia MHEDHBI p SHILI Page 7 Unit s de masse L unit fondamentale est le kilogramme (kg).


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