I. Chapitre I: Introduction à la thermodynamique La thermodynamique, Utilisation, importance, Définition d’un système thermodynamique, Volume Spécifique et Pression, La Température Définitions La thermodynamique: Correspond à une branche de la physique qui étudie le comportement thermique des corps, plus exactement les mouvements de chaleur. De façon plus générale, la thermodynamique s'intéresse à l'étude de l'énergie (en particulier l'énergie interne) et de ses transformations. La thermodynamique examine la transformation d'une énergie existant sous une certaine forme en une énergie se présentant sous une autre forme (énergies mécanique, thermique, chimique ou électrique). Elle s'occupe également de la configuration et du mode de fonctionnement des machines thermiques. Système thermodynamique Est l’ensemble de corps situés à l'intérieur d’une surface fermée que nous appelons frontière. II est intéressant de faire le bilan des énergies qui sont transférées entre le système thermodynamique et le milieu extérieur, c'est-à-dire de considérer tout ce qui traverse la frontière. Les principaux transferts susceptibles d'être opères sont les suivants: • Transfert-travail A, E (ou simplement: travail) • Transfert-chaleur Q (ou simplement: chaleur) • Transfert de masse M Quand aucun transfert-travail n'est opéré, le système est dit sans travail . Dans le cas contraire, il est dit avec travail. Quand aucun transfert-chaleur n'est opéré, le système est dit adiabatique. Dans le cas contraire, il est dit non adiabatique (voir justification de ce terme à la section 2.3).
Chapitre I: Introduction à la thermodynamique
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Quand aucun transfert de masse n'est opéré, le système est dit fermé . Dans le cas contraire, ii est dit ouvert. L'état thermodynamique d'un système est l'ensemble des propriétés qui le caractérisent, indépendamment de la forme de sa frontière. Nous distinguons les systèmes thermodynamiques homogènes et les systèmes thermodynamiques hétérogènes.
Figure I-1 Exemple de système thermodynamique
Chapitre I: Introduction à la thermodynamique
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Un système thermodynamique homogène est un système dans lequel tous les constituants sont en équilibre thermique. Nous distinguons encore les catégories suivantes: • Système homogène simple : constitué d'une seule substance chimique; exemples: oxygène, azote, monoxyde de carbone, gaz carbonique, vapeur d'eau • Système homogène complexe : compose de plusieurs substances chimiques; exemples: air, gaz de combustion Ces deux catégories peuvent elles-mêmes être divisées en deux sous -catégories que sont Les systèmes monophasés (exemple: Liquide, gaz, solide) ou multiphases (exemple: liquide en équilibre avec sa vapeur). Paramètres qui définissent l'état d'un système: • La Température (T) en degré Kelvin [K] • La pression (P)se mesure en pascal [Pa] (1 Pa 1 N/m) ou le bar (1 bar =100 000 Pa). • Le volume (V) qui se mesure en [m3] • L'énergie interne (U) se mesure en [J] c'est la somme des énergies dues l'agitation des particules • L’enthalpie (H) se mesure en [J], à pression constante l’enthalpie exprime la quantité de chaleur échangée. • L'entropie (S) se mesure en [J/K]. • Le travail (W) qui se mesure en [J] (une énergie mécanique). • La chaleur (Q) qui se mesure en [J] (énergie thermique), II est possible d'éliminer la masse M en divisant par cette demiere toutes les fonctions d'état qui lui sont proportionnelles. L'état thermodynamique sera alors notamment décrit par sa composition chimique et par les fonctions d'état suivantes: • Volume massique v = V/M, et la masse volumique =1v • L'énergie interne massique u = U/M • L’enthalpie massique h = H/M • L'entropie massique s = S/M • Travail massique w = W/
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Quand aucun transfert de masse n'est opéré, le système est dit fermé . Dans le cas contraire, ii est dit ouvert. L'état thermodynamique d'un système est l'ensemble des propriétés qui le caractérisent, indépendamment de la forme de sa frontière. Nous distinguons les systèmes thermodynamiques homogènes et les systèmes thermodynamiques hétérogènes.
Figure I-1 Exemple de système thermodynamique
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Un système thermodynamique homogène est un système dans lequel tous les constituants sont en équilibre thermique. Nous distinguons encore les catégories suivantes: • Système homogène simple : constitué d'une seule substance chimique; exemples: oxygène, azote, monoxyde de carbone, gaz carbonique, vapeur d'eau • Système homogène complexe : compose de plusieurs substances chimiques; exemples: air, gaz de combustion Ces deux catégories peuvent elles-mêmes être divisées en deux sous -catégories que sont Les systèmes monophasés (exemple: Liquide, gaz, solide) ou multiphases (exemple: liquide en équilibre avec sa vapeur). Paramètres qui définissent l'état d'un système: • La Température (T) en degré Kelvin [K] • La pression (P)se mesure en pascal [Pa] (1 Pa 1 N/m) ou le bar (1 bar =100 000 Pa). • Le volume (V) qui se mesure en [m3] • L'énergie interne (U) se mesure en [J] c'est la somme des énergies dues l'agitation des particules • L’enthalpie (H) se mesure en [J], à pression constante l’enthalpie exprime la quantité de chaleur échangée. • L'entropie (S) se mesure en [J/K]. • Le travail (W) qui se mesure en [J] (une énergie mécanique). • La chaleur (Q) qui se mesure en [J] (énergie thermique), II est possible d'éliminer la masse M en divisant par cette demiere toutes les fonctions d'état qui lui sont proportionnelles. L'état thermodynamique sera alors notamment décrit par sa composition chimique et par les fonctions d'état suivantes: • Volume massique v = V/M, et la masse volumique =1v • L'énergie interne massique u = U/M • L’enthalpie massique h = H/M • L'entropie massique s = S/M • Travail massique w = W/
