La thermodynamique est une branche de la physique, très abstraite, donc très aride et très rebutante, mais aussi une des plus fécondes et des plus utiles, car cette branche donne les lois qui gouvernent l’énergie dans ses deux formes, travail et chaleur, d’abord pour les machines à vapeur, ensuite pour les moteurs à combustion interne, […]
Thermodynamique
COURS DE THERMODYNAMIQUE
COURS DE THERMODYNAMIQUE
1. Systèmes thermodynamiques
1.1. Variables d’état
1.2. Lois d’état
1.3. Transformation thermodynamique
2. Principes de la thermodynamique
2.1. Principe zéro (principe de l’équilibre thermique)
2.2. Principe premier (principe de conservation de l’énergie)
2.3. Principe deuxième (principe d’évolution)
2.4. Principe troisième (principe de Nernst)
3. Capacités calorifiques
4.1. Travail des forces mécaniques
4.2. Enthalpie
4.4. Coefficients thermoélastiques
5.1. Entropie
6.1. Énergie libre
6.2. Énthalpie libre
7. Équation de continuité
7.1. Loi de Fourier
7.2. Equation de diffusion de la chaleur
8.1. Loi de Stefan-Boltzmann
8.2.1. Première loi de Wien
8.2.2. Deuxième loi de Wien
La « thermodynamique » est la partie de la physique qui traite des relations permettant de déterminer formellement les échanges (variations) d’énergie sous forme de travail mécanique et de chaleur dans le cadre de l’étude de transformations des 4 états de la matière (mais principalement des gaz parfaits dans le cadre scolaire) sous la base d’hypothèses simplificatrices entre un système (isolé, ouvert ou fermé) et son environnement extérieur.
Les objectifs principaux de la thermodynamique sont:
1. Avec un minimum de variables de pouvoir déterminer l’état et les échanges énergétiques d’un système sous des contraintes prédéfinies et souvent considérées comme idéales… (il y a peu près une différence de 5% entre les valeurs théoriques et celles mesurées)
2. De trouver les « variables d’état », telles que ces différentes informations puissent être obtenues en ne connaissant dans l’idéal que l’état final et initial du système.
3. De se débrouiller à ramener les équations toujours à une forme mettant en évidence des variables (variations) facilement mesurables dans la pratique.
Nous verrons plus loin que tout système peut au point de vue énergétique être décrit par:
– Son volume, sa masse, sa pression, sa température,…
– Son énergie potentielle, son énergie cinétique, son potentiel chimique,…
– Ses propriétés physiques comme la capacité à absorber la chaleur, à irradier, …
VARIABLES THERMODYNAMIQUES
En thermodynamique il existe plusieurs concepts majeurs très utiles suivant le type de système maintenu ou laissé en libre évolution étudié et les moyens de mesure à disposition.
Nous souhaitons ici donner les définitions des plus importantes et nous démontrerons si possible leur provenance plus tard sachant qu’il est très difficile d’avoir une présentation purement linéaire de la thermodynamique.
Définitions:
D1. Un « système » est un corps ou un groupe de corps subissant ou non des évolutions et qui constitue un ensemble bien défini et bien délimité dans l’espace et entouré par le milieu extérieur. L’ensemble système/milieu extérieur est dénommé « univers ».
D2. Le « travail », noté W , est l’énergie associée à la valeur ou au changement de la dynamique d’un système par l’agissement de forces mécaniques diverses (d’où le choix du terme « travail »…).
D3. La « chaleur », notée Q, est l’énergie associée à la valeur ou au changement de la dynamique d’un système dû à l’agitation moyenne des molécules (énergie cinétique moyenne).
D4. « L’énergie totale » d’un système, notée E, est la somme de toutes les énergies qui spécifient ce système par rapport à son centre de masse (moment d’inertie, de masse, énergie cinétique interne,…) et aussi (!) par rapport à un référentiel extérieur (énergie cinétique, énergie potentielle, rayonnement entrant).
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Physique chimie facile 
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