Thermodynamique - PHS 2101 Un système: S 2 types de parois:

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1 Thermodynamique - PHS 2101 Un système: S 2 types de parois:
J.M. Lina Un système: S 2 types de parois: 2 types de contacts et d ’ échange avec l ’extérieur. D ’une façon générale, on peut avoir: échange de matière échange d énergie échange de volume S

2 Thermodynamique - PHS 2101 J.M. Lina Un système peut être composé de plusieurs sous- systèmes en contact (échanges possibles). L 'extérieur d ’un système est lui-même un système. La nature des parois (qui peuvent être imaginaires) entre les (sous-)systèmes définissent différents types de systèmes: Un système ouvert : il peut échanger avec l 'extérieur de la masse, de l 'énergie. Exemple: un moteur, la terre sans son atmosphère,...

3 Thermodynamique - PHS 2101 J.M. Lina Un système fermé : ne peut échanger de matière avec l’extérieur, mais peut échanger de l’énergie. (la masse totale du système est constante). Exemple: une masse gazeuse dans un récipient clos, la terre avec son atmosphère,... Un système adiabatique : peut échanger seulement un certain type d 'énergie, du travail. Ce sont des systèmes thermiquement isolés. Un système isolé : aucun échange d énergie avec l’extérieur. Exemple: une bouteille Thermos idéale.

4 Thermodynamique - PHS 2101 L état d ’un système thermodynamique :
J.M. Lina L état d ’un système thermodynamique : Il s ’agit de décrire le système par un nombre minimal de grandeurs (variables d 'état). D ’autres quantités peuvent donner de l ’information sur le système: elles s ’expriment en fonction des variables d 'état, ce sont des fonctions d 'état.

5 Thermodynamique - PHS 2101 J.M. Lina Pour les fluides, deux variables d 'état issues de la mécanique: Le volume V du système, exprime en m3. La pression P, exprimée en Pa (pascal): C ’est la force (N) qui s ’exerce perpendiculairement à une surface, par unité de surface: 1 Pa = 1 N/m2 Autre unité courante: le bar (météo), 1 bar = 105 Pa 1 atm = bar EX.1 et 2

6 Thermodynamique - PHS 2101 J.M. Lina L 'état d ’un système fluide S est donc caractérisé par le couple (P,V). Remarque: pour des systèmes magnétiques, on aura plutôt le couple (H,M) où H est le champ magnétique et H l ’aimantation. Pour les solides, on parlera de tension interne plutôt que de pression...

7 Thermodynamique - PHS 2101 Équilibre thermodynamique:
J.M. Lina Équilibre thermodynamique: Il s ’agit d ’un point dans le plan (P,V) ou le système reste de façon stationnaire. Ce système subit une transformation à pression constante. Il peut s ’agir d ’une suite d 'états d ’équilibre

8 Thermodynamique - PHS 2101 Principe « zéro »
J.M. Lina Principe « zéro » On considère un système ferme, en équilibre, délimité par une paroi adiabatique (isolante): il ne peut y avoir qu ’un échange de travail* entre le système et l ’extérieur. Le travail peut être mécanique (déplacement de la paroi, agitateur,…), électrique (résistance parcourue par un courant,…),... Si on prend deux systèmes de ce type avec des parois fixes et sans apport de travail extérieur: RIEN NE SE PASSE

9 Thermodynamique - PHS 2101 J.M. Lina Par contre: si le contact de deux systèmes fermés, ayant des parois fixes et initialement en équilibre, entraîne la modification de leurs variables d ’état, alors le contact n ’est pas adiabatique: il s ’agit d ’un contact thermique. L état final à l issue de ce contact est l ’état d ’équilibre thermique entre les deux systèmes.

10 Thermodynamique - PHS 2101 Contact thermique entre les
J.M. Lina Pression p1 Volume V1 Pression p2 Volume V2 Contact thermique entre les systèmes S1 et S2: Ils évoluent vers un état d 'équilibre thermique F(p1,V1,p2,V2) = 0

11 Thermodynamique - PHS 2101 Énoncé du principe « zéro »:
J.M. Lina Énoncé du principe « zéro »: Si S1 et S2 sont en équilibre thermique, Si S2 et S3 sont en équilibre thermique, Alors S1 et S3 sont en équilibre thermique. Ce principe, qui découle de l 'expérience mais aussi d ’un certain bon sens, a une conséquence remarquable: la définition de la température.

12 Thermodynamique - PHS 2101 F(p1,V1,p2,V2) = 0 F(p2,V2,p3,V3) = 0
J.M. Lina F(p1,V1,p2,V2) = 0 F(p2,V2,p3,V3) = 0 S3 S2 S1 p2 = f(p1,V1,V2) p2 = g(p3,V3,V2) Donc: f(p1,V1,V2) = g(p3,V3,V2) (1) Mais : F(p1,V1,p3,V3) = 0 implique que V2 doit disparaître dans l 'équation (1)

13 Thermodynamique - PHS 2101 J.M. Lina f(p1,V1,V2) = g(p3,V3,V2) indépendante de V2 ? Il suffit de prendre f (p1,V1,V2) = A(V2) f1(p1,V1) + B(V2) g (p3,V3,V2) = A(V2) g1(p3,V3) + B(V2) pour obtenir, en effet f1(p1,V1) = g1(p3,V3) Si deux systèmes sont en équilibre thermique, il existe donc une fonction d état, de p et V, qui est égale pour les deux systèmes: on la note T, c ’est la température.

14 Thermodynamique - PHS 2101 J.M. Lina La notion de température (ici, il s ’agit de la température empirique) permet dont de caractériser l 'équilibre thermique. Question: quelle est la différence entre un thermomètre et un thermostat ? Fin 1er cours

15 Thermodynamique - PHS 2101 Réponse: Ce sont tous les deux des systèmes
J.M. Lina Réponse: Ce sont tous les deux des systèmes en équilibre thermique avec un autre système S. Le thermomètre est tel que son contact thermique avec S n ’influence pas (négligeable) l ’état thermodynamique de S: S reste dans l ’état d équilibre qu ’il aurait en l ’absence du thermomètre. C ’est le thermomètre qui change d ’état. Par contre, au contact d ’un thermostat, on force l ’état thermodynamique de S d être à une valeur précise. Le thermostat (« réservoir ») reste dans l ’état thermodynamique initial.