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COURS THERMODYNAMIQUE BCG MIP

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COURS THERMODYNAMIQUE BCG MIP PDF
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Introduction a la thermodynamique

La thermodynamique (de therme chaleur et de dynamis mouvement) correspond a l’etude de la dynamique des systemes thermomecaniques, c’est a dire a l’etude d’un systeme au cours de son evolution en fonction des echanges d’energies mecaniques (travail) et thermiques (chaleur) avec le milieu exterieur au systeme.

La thermodynamique est une branche recente de la physique puisqu’elle s’est developpee au debut du XIXeme siecle. Ce developpement a ete lie a la mise au point et a l’amelioration des machines `a vapeur, apparues au XVIIeme siecle avec le medecin et physicien fran¸cais Denis Papin (1647-1714) puis avec l’ingenieur ecossais James Watt (1736-1819)

La thermodynamique est la science qui étudie :

1-Le comportement de la matière ou des systèmes cours thermodynamique bcg s2 mip s1 pdf, en fonction des notions de température T, d'énergie (chaleur Q, travail W...) et d'entropie S.

2-Les transformations de la matière ou des systèmes en considérant les variations d'état du système, lors d' échanges d'énergie entre le milieu extérieur et le système.

3-Le fonctionnement des machines thermiques (1820) et les échanges ou transferts de chaleur dans un système ou entre deux systèmes.

La thermodynamique repose sur 2 notions de base, l'énergie interne (U) et l'entropie (S) qui satisfont aux deux principes suivants, qui stipulent que :

-l'énergie se conserve (premier principe de conservation de l'énergie). 
-l'entropie ne peut qu'augmenter (deuxième principe d'évolution).

On peut décrire la thermodynamique de 2 manières ou aspects différents :

– l'aspect macroscopique : on s'intéresse aux propriétés de la matière ou du système à l'échelle globale ou macroscopique, alors les propriétés sont décrites par des variables d'état macroscopiques telles ( p, V, T, m...).

– l'aspect microscopique : on s'intéresse aux propriétés de la matière à l'échelle microscopique ou atomique en utilisant comme variables cours thermodynamique bcg s2 mip s1 pdf les grandeurs cinétiques des atomes ou molécules individuelles (pi ,vi ,Ei ...). on distingue alors entre la Thermodynamique Classique ou la Thermodynamique Statistique.

Systemes thermodynamiques

Un systeme est un corps ou ensemble de corps delimite par une frontiere materielle ou fictive qui le separe du milieu exterieur. Les echanges d’energie se font au travers de cette frontiere (surface delimitant le systeme). Un systeme thermodynamique Σ est un systeme macroscopique, ie compose d’un grand nombre d’objets microscopiques, des particules (atomes ou molecules).
Cette seule propriete permet de definir un systeme thermodynamique. Comme exemples de systemes thermodynamiques, on peut citer notamment : l’atmosphere, les oceans, le corps humain, une distillerie, une chaudiere, une machine frigorifique, un moteur a combustion, une turbine .

Systeme ouvert ou ferme : Un systeme est dit ferme si son enveloppe interdit tout transfert ou echange de matiere avec l’exterieur. La masse de ce systeme restera donc constante (pour des systemes non reactifs evidemment). Les echanges d’energie avec l’exterieur sont toutefois possibles. On peut citer comme exemples l’azote liquide et gazeux a l’interieur d’un recipient ferme , ou l’ensemble eau + recipients du haut et du bas .

Un systeme ouvert echange de la matiere avec le milieu exterieur . Cette situation est tres frequente et l’etude est alors en connexion avec la mecanique des fluides (etude des ecoulements). C’est alors le debit de masse a travers la section qui est constant cours thermodynamique bcg s2 mip s1 pdf, si l’ecoulement est stationnaire (independant du temps). Un Système isolé : un système qui n’échange ni matière ni énergie avec le milieu extérieur.

Variables d’etat : Decrire l’etat d’un systeme macroscopique Σ, c’est definir le nombre suffisant de parametres mesurables pour rendre compte de facon unique et minimale ce macroetat donne. On remplace ainsi les coordonnees des N particules microscopiques du systeme macroscopique Σ par un nombre beaucoup plus faible de parametres. Ces parametres sont appeles variables d’etat. La temperature, la pression, le volume et la quantite de matiere sont les variables d’etat les plus couramment necessaires.

Un systeme est en etat d’equilibre thermodynamique si les variables d’etat du systeme sont constantes dans le temps a l’echelle de l’observateur et uniformes dans toute partie homogene du systeme, autrement dit si un changement spontane de l’etat du systeme est impossible. Les parametres macroscopiques (etat, volume occupe . . . ) sont invariables dans le temps, tandis que les parametres microscopiques (positions, vitesses des particules . . . ) varient sans cesse.

Les principaux parametres (x, y, z, m, P, V, T . . .) peuvent etre lies entre eux par une equation appelee equation d’etat cours thermodynamique bcg s2 mip s1: f(x, y, z, m, P, V, T...) = 0.

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