Les Bases de la Thermodynamique : les principes fondamentaux et leurs applications directes.
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Plan du module
La thermodynamique : concepts de base et définitions
Introduction
Définition d'un système
Notion de système
Exercice : Système fermé ou ouvert ?
Description d'un système : variables d'état
Variables d'état
la température et la pression
Variables intensives et extensives
Fonctions d'état
Actions extérieures et intérieures
Notions d'actions
Exercice : Inventaire des forces
Transformation
Échanges d'énergie
Travail des forces
Exercice : Quelles sont les actions extérieures qui travaillent ?
Échanges de chaleur
Attention au langage !
Premier principe de la thermodynamique
Énoncé
Signification de l'énergie interne
Exercice : Rotation de la Terre autour du Soleil
Exercice : Ordinateur allumé
Réunion de plusieurs systèmes, énergie potentielle d'interaction
Échanges de chaleur
Transformation à volume constant
Transformation à pression constante
Capacités calorifiques
Exercice : Rendement énergétique d'une voiture.
Le premier principe pour les systèmes ouverts
Expression générale
Systèmes ouverts en régime permanent
Exercice : Application du premier principe : détendeur.
Conclusion
Second principe de la thermodynamique
Préambule
Équilibre thermodynamique
Exercice : Conditions d'équilibre
Réversibilité
Sources d'irréversibilité
Énoncé du second principe
Conséquences immédiates du second principe
Système thermiquement isolé
Exercice : Gaz parfait contenu dans un cylindre fermé par un piston mobile.
Échange de chaleur entre deux corps
Exercice : Bain tiède
Exercice : L'effet Peltier
Mais au fond, qu'est-ce que l'entropie ?
Second principe pour un système ouvert
Conclusion
Fonctions thermodynamiques
Introduction
Expression de l'équilibre d'un système
Énergie libre
Exercice : Énergie libre d'un fluide
Enthalpie libre
Exercice : Enthalpie libre d'un solide
Systèmes à composition variable : potentiel chimique
Applications
Équilibres entre phases
Exercice : Les potentiels chimiques au quotidien !
Équilibres chimiques
Exercice : Solution aqueuse d'acide chlorhydrique
Interprétation du potentiel chimique
Grandeurs molaires et grandeurs molaires partielles
Annexe : Relations utiles
Introduction
Relation de Gibbs-Duhem
Relation de Helmholtz
Une ménagerie de relations...
Exercice : Pour manipuler les relations...
Conclusion
Corps purs et changements de phases
Définitions
Corps purs et phases
Changements de phase
Diagrammes de phases
Préambule
Changement de phases liquide-vapeur et diagramme de Clapeyron
Comportement à pression constante
Exercice : Comportement à volume constant
Changement de phase liquide-solide
Changement de phase solide-solide
Modèles de représentation des corps purs et des équilibres entre phases
Le gaz parfait
Relation de Clapeyron
Exercice : Fusion de la glace par compression
Expression de la pression de saturation liquide-vapeur
L'état standard
Calcul approché de l'enthalpie d'un fluide pur
Exercice : Caractérisation d'un fluide à la sortie d'une vanne
Diagrammes de corps purs
Les principaux diagrammes thermodynamiques
Introduction
Le diagramme entropie-température
Le diagramme entropie-enthalpie (diagramme de Mollier)
Diagramme enthalpie-pression
Simulateur : diagrammes thermodynamiques de corps purs
Introduction
Exercice : Détente dans une vanne
Exercice : Détente dans une turbine
Exercice : Rendement isentropique d'un compresseur
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