Processus thermodynamiques dans la ’atmosphère

Présentation au sujet: "Processus thermodynamiques dans la ’atmosphère"— Transcription de la présentation:

1 Processus thermodynamiques dans la ’atmosphère
Les transformations isobares Le réchauffement matinal et le refroidissement nocturne qui constituent l'oscillation journalière normale de la température de l'air dans les basses couches. Les transformations adiabatiques Il s'agit essentiellement des détentes ou des compressions subies par les particules atmosphériques au cours de leurs mouvement verticaux.

2 Détente/compression adiabatique
700 mb q=0 Détente Tfd < Ti État initial Ti 800 mb 900 mb q=0 Compression Tfc > Ti

3 Transformation adiabatique
En admettant que l'air est un gaz parfait, et par définition de processus adiabatique, les deux expressions mathématiques du premier principe de la thermodynamique prennent la forme:

4 Transformation adiabatique
En éliminant dT entre ces deux équations:

5 Transformation adiabatique
comme p et sont des variables d'état, cette équation peut être intégrée facilement entre deux états 1 et 2, en considérant le processus adiabatique. ou

6 Transformation adiabatique: équations de Poisson

7 Diagramme thermodynamique

8 Diagramme thermodynamique

9 Température potentielle
Les variations de température subies par la particule pendant les mouvements verticaux peuvent être calculées en utilisant les équations de Poisson.

10 Température potentielle
On définit alors la température potentielle d'une particule d ’air sec comme la température que cet air a après avoir subit une transformation adiabatique telle que sa pression finale est de p0, un niveau de pression choisi comme réference

11 Température potentielle
En physique de l'atmosphère la température potentielle est usuellement exprimée en Kelvin et le niveau de référence choisit est le niveau de 1000 mb. avec p en mb.

12 Détente/compression adiabatique
700 mb q=0 Détente Tfd < Ti <   Ti <  État initial 900 mb  1000 mb q=0 Compression Tfc=  > Ti 

13 Changement de la température potentielle

14 Changement de la température potentielle

15 Premier principe Dans le cas d ’un gaz parfait cp est constant et alors, Cette équation constitue une autre forme de la première loi de la thermodynamique.

16 Entropie spécifique Quand cp est constant la quantité entre parenthèses est une variable d ’état. On défini alors une variable d ’état s telle que:

17 Deuxième principe de la thermodynamique
Le premier principe de la thermodynamique est une affirmation de l'équivalence des diverses formes d'énergie et de la conservation de celle-ci. Le deuxième principe de la thermodynamique permet de savoir quelles sont les transformations possibles parmi celles qui conservent l'énergie.

18 Deuxième principe Un système e tendance à se placer dans la situation de désordre maximum car c ’est cette situation qui se produit du plus grande nombre de façons.

19 Lors d ’un processus spontanée, le désordre de l ’univers augmente
Deuxième principe Lors d ’un processus spontanée, le désordre de l ’univers augmente

20 Deuxième principe: selon la thermodynamique
Le deuxième principe de la thermodynamique s'énonce comme suit: pour toute transformation réversible dans système fermé, le rapport: est la différentielle exacte d'une fonction d'état S appelée entropie du système.

21 Deuxième principe On a donc dans le cas d'une transformation
infinitésimale réversible, Et par unité de masse

22 Deuxième principe 1 2 Q = ? S2-S1 = ?

23 Deuxième principe Pour toute transformation irréversible d'un système fermé on a: Posons: où est par définition la chaleur non compensée de Clausius

24 La variation d ’entropie pendant un processus quelconque est:
Deuxième principe La variation d ’entropie pendant un processus quelconque est:

25 Deuxième loi Transformation réversible: Transformation irréversible:
Transformation impossible:

26 Changement d ’entropie: processus réversible
Au cours d ’une transformation réversible, la première et la deuxième loi de la thermodynamique conduisent à:

27 Changement d ’entropie: processus réversible
Ou encore:

28 Changement d ’entropie: processus réversible isotherme
La température est constante:

29 Changement d ’entropie: processus isobare réversible
Lors d ’une variation de température à pression constante on a:

30 Changement d ’entropie: processus isochore réversible
Puisque d = 0

31 Changement d ’entropie: processus isochore réversible
Ou encore:

32 Changement d ’entropie: changement de phase
À température et à pression constantes on a:

33 Changement d ’entropie dans le cas des gaz parfaits
Le système change de l ’état 1 à un autre état 2 par un processus réversible s = ?

34 Changement d ’entropie dans le cas des gaz parfaits
Processus adiabatique réversible Processus isentropique ds = ? d = ?

35 Changement d ’entropie dans le cas des gaz parfaits
Un cycle quelconque Réversible: s = ? Irréversible: s = ?

36 Changement d ’entropie dans le cas des gaz parfaits
Changement d ’entropie en fonction des variations de volume et température: cas réversible

37 Changement d ’entropie dans le cas des gaz parfaits
Changement d ’entropie en fonction des variations de pression et température: cas réversible

38 Usage conjoint du premier et deuxième principe
Premier principe: Conjoint Deuxième principe:

39 Énergie libre de Gibbs La 2ème loi à température et pression constantes

40 Énergie libre de Helmholtz La deuxième loi à température et volume constantes

41 Processus quelconque: Possible? Spontané?
Pour utiliser la deuxième loi de la thermodynamique en pratique, il faut calculer s et le comparer à Comment calculer s quand le procédé est irréversible ? N ’oubliez pas que l ’entropie est une variable d ’état: sa variation ne dépend que de l ’état initial et de l ’état final!

42 Fonction d ’état pour le cas des changements de phase