Thermodynamique : résumé du cours

Tous les concepts de la thermodynamique s'appliquent à des systèmes matériels. Un système est un ensemble d'objets, défini par une enveloppe géométrique macroscopique (déformable ou non).

Un système est dit fermé s'il n'échange pas de matière avec l'extérieur.

Un système est ouvert s'il échange de la matière avec l'extérieur.

L'état d'un système peut être décrit par un ensemble de variables d'état.

• Certaines de ces variables sont extensives : elles ne peuvent être mesurées que globalement sur le système, et leur valeur est proportionnelle à la quantité de matière contenue dans le système (masse, nombres de moles, volume) ;

• d'autres variables sont intensives : elles peuvent être mesurées localement (en chaque point du système) et elles sont indépendantes de la taille du système (température, pression, composition chimique, masse volumique...).

La variable d'état température est liée à l'énergie cinétique microscopique des particules constituant le système.

La variable d'état pression d'un fluide mesure la force par unité de surface exercée par le système sur une paroi.

Un système subit une transformation lorsqu'il passe d'un état à un autre. Une transformation peut être décrite par une trajectoire dans l'espace des variables d'état, et par la vitesse à laquelle elle est décrite.

Lors d'une transformation, un système peut échanger de l'énergie avec l'extérieur :

• énergie mécanique, par le travail des forces extérieures au système (forces appliquées par des éléments extérieurs au système sur des éléments du système.) Le travail de la pression extérieure (supposée homogène) sur les parois du système s'exprime par : \(\delta W = - P_{ext} dV\) ;

• les échanges de chaleur avec l'extérieur, qui peuvent se faire par conduction, convection ou rayonnement. On compte positivement la chaleur reçue par le système.

Un système qui n'échange pas d'énergie avec l'extérieur est isolé.