Thermodynamique Renseignements pratiques ( ):

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1 Thermodynamique Renseignements pratiques (2000-2001):
Lundi 8h00-10h00, C 001 (manoir) 081/724711 Laboratoire de physique du solide, Facultés Universitaires Notre-Dame de la Paix, 61 rue de Bruxelles, 5000 Namur

2 Plan du cours Définitions Température Premier principe Second principe
Fonctions d’états

3 Plan du cours Définitions Température Premier principe Second principe
Énergie et transformations d’énergie Système et milieu extérieur État et variables thermodynamiques Transformation réversible et irréversible Température Premier principe Second principe Fonctions d’états

4 Plan du cours Définitions Température Premier principe Second principe
États de la matière Principe zéro de la thermodynamique Le gaz parfait et l’échelle des températures absolues Premier principe Second principe Fonctions d’états

5 Plan du cours Définitions Température Premier principe Second principe
Échange d’énergie : chaleur et travail Conservation de l’énergie interne Transformations du gaz parfait Second principe Fonctions d’états

6 Plan du cours Définitions Température Premier principe Second principe
Réversibilité et irréversibilité Rendement maximum des machines thermiques Entropie Théorème de croissance de l ’entropie Ordre et désordre Fonctions d’états

7 Plan du cours Définitions Température Premier principe Second principe
Fonctions d’états Énergie interne et enthalpie Entropie Énergie libre de Helmholtz Énergie libre de Gibbs

8 Définitions Travail d’une force sur un trajet imposé

9 Définitions Énergie Capacité de produire un travail
Capacité plus grande de produire un travail altitude Énergie POTENTIELLE Capacité plus faible de produire un travail sol

10 Définitions Énergie Capacité de produire un travail Poussée
Énergie CINETIQUE

11 Energie mécanique totale
= W+U

12 Formes spécifiques d’énergie potentielle
Énergie gravifique (force de gravitation) Énergie électrique (force de Coulomb) Énergie magnétique (force champ-dipôle) Énergie chimique (forces interatomiques, d’origine électrique) Énergie nucléaire (forces faible, électrostatique) ...

13 Energie thermique Energie d’agitation thermique au niveau moléculaire

14 Système et milieu extérieur
ouvert fermé isolé milieu extérieur matière Système + chaleur - travail

15 États d’un système États microscopiques d’un système
État (coordonnées, vitesses…) des molécules qui le composent États macroscopiques d’un système État du système décrit (un petit nombre) des propriétés moyennes : variables thermodynamiques (P,T,V,r,…) Équations d ’état PV=nRT (gaz parfait) ensemble complet de variables

16 La température Notion d’équilibre thermique
Principe zéro de la thermodynamique Concept de température Le thermomètre à gaz parfait Échelle absolue des températures

17 Équilibre thermique A B A B Flux d’énergie ? OUI NON Système A-B
hors d’équilibre Système A-B en équilibre A et B ont atteint l’équilibre thermique

18 A « est en équilibre thermique avec » B
A ~ B A « est en équilibre thermique avec » B Relation d’« équivalence » A ~ A Si A ~ B, alors B ~ A Si A ~ B et B ~ C, alors A ~ C PRINCIPE ZERO DE LA THERMODYNAMIQUE PARTITION DE L’ENSEMBLE A, B, C...

19 Organisation de classes
M B G F E J H N K I

20 Numérotation des classes pour la relation d ’équilibre thermique
Corps de l’univers en équilibre Étiquette de classe : TEMPERATURE Température : caractéristique commune à un ensemble de corps qui sont tous en équilibre thermique

21 Retenir... Température : « Etiquette » qui caractérise les corps
qui sont en équilibre thermique les uns avec les autres A « est en équilibre thermique avec » B A et B ont la même température

22 Thermomètre Objet qui change d’aspect si l’on modifie sa température
Étalonnage Utilisation Doit changer de T sans (quasiment) absorber de chaleur

23 Recherche d ’un thermomètre idéal
Solide ou liquide : molécules contenant de l’énergie cinétique (mouvement) et potentielle (forces entre atomes) Gaz : molécules contenant essentiellement de l ’énergie cinétique

24 Energie cinétique moléculaire
Si l’on pose c : vitesse quadratique moyenne

25 Masse des atomes et des molécules
Unité de masse atomique Atome de carbone 12 : Z=6 (6 protons, 6 électrons) A=12 (12 nucléons)

26 Masse atomique, masse moléculaire

27 1 mole Quantité de matière dont la masse, exprimée en 10-3 kg, est numériquement égale à la masse moléculaire, exprimée en uma. Exemples :

28 Nombre de molécules dans une mole de CO2
Indépendant de la nature du gaz

29 Thermomètre à gaz parfait
énergie purement cinétique Caractérisation de l’agitation thermique : Convention pour l’échelle des températures : k : constante précisant l’unité

30 Changements d’ « aspect » du gaz parfait avec la température
Pression d’un gaz parfait sur les parois d’un récipient Énergie uniquement cinétique: pas de force d’interaction Temps de collisions négligeable Collisions uniformisent la distribution des énergies n moles volume V=lxlylz

31 Calcul de la pression Force résultant d’une collision moléculaire
sur la paroi frappée Force sur la molécule Force sur la paroi lzly

32 Calcul de la pression (2)

33 Mesure de la température via la pression du gaz parfait

34 Unité sur l’échelle de température
défini Posons : On obtient l’échelle de température absolue, ou échelle Kelvin

35 Repère expérimental Point triple Eau Gaz Parfait même pression
même température

36 Diagramme d’état de l’eau

37 Conditions normales

38 Autres échelles de température
Ne pas utiliser en physique!