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Présentation du Cours Thermodynamique
Historique
L’´etude de la physique peut se subdiviser en plusieurs grandes périodes.
- 17ème siècle et début du 18ème siècle. Mécanique classique : Galilée, Newton
- 18ème siècle et début du 19ème siècle. Sciences de la chaleur : Celsius, Watt et Sadi Carnot (Réflexion sur la puissance motrice du feu et les machines propres à développer cette puissance). Ce mémoire est `a la base de la thermodynamique.
- 19ème siècle et début du 20ème siècle. Electricité, Magnétisme, Electromagnétisme, Optique ondulatoire. Au cours de cette période, l’utilisation des énergies fossiles est considérable.
- 20ème siècle. Energie nucléaire.
Origine de la Science Thermodynamique
L’invention de la machine à vapeur a entrainé une étude approfondie des relations entre les phénomènes calorifiques et mécaniques, d’où le nom de thermodynamique.
La thermodynamique peut être développée selon deux approches :
- La thermodynamique classique. Cette approche est macroscopique et repose sur la mesure d’un petit nombre de grandeurs (Pression, température, Volume, etc…) qui caractérisent le système étudié (composé d’un grand nombre de particules atomes ou molécules dont l’ordre de grandeur est le nombre d’Avogadro NA =6,0225 ×1023 mol.-1).
Cette description se limite uniquement aux états initiaux et finaux des systèmes en évolution et dresse le bilan énergétique du système. Le chemin suivi par la transformation du système peut jouer un rôle (notion de réversibilité des transformations). On ne cherche pas à comprendre les mécanismes des transformations. - La thermodynamique statistique. Elle est basée sur une description microscopique de la matière et des phénomènes. Elle fait intervenir les constituants de la matière : atomes, molécules, ions, électrons,… ainsi que les lois fondamentales de la mécanique qui régissent les mouvements de ces particules.
Definition et Objectifs de la Thermodynamique
La thermodynamique est la science qui étudie les échanges d’énergie. Elle permet de décrire le comportement des systèmes, en fonction des notions de température T, d’énergie (chaleur Q, travail W…) et d’entropie S.
La thermodynamique repose sur deux principes suivants, qui stipulent que :
- L’énergie se conserve (premier principe de conservation de l’énergie)
- Dégradation de l’énergie (deuxième principe d’évolution). Lors d’une transformation naturelle ou spontanée une partie de l’énergie se dégrade.
Le but de la thermodynamique est d’étudier le fonctionnement et le bilan d’énergie des machines thermiques.
Dans les machines thermiques on assiste à une conversion d’énergie d’une forme en une autre (chaleur -> travail ou inversement).
exemple 1 : dans les machines thermo-dynamiques, il y a production de travail par conversion de chaleur en travail (les moteurs thermiques, les centrales thermiques ou nucléaires…)
exemple 2 : dans les machines dynamo-thermiques par contre, il y a transfert de chaleur d’une source froide à une source chaude grâce à un apport de travail (les machines frigorifiques et pompes à chaleur, les liquéfacteurs…)
Plan du Cours
- Outils mathématiques pour la thermodynamique.
- Définitions et concepts de bases (travail et chaleurs, thermométrie et calorimétrie, changements d’état).
- 1er principe et applications.
- 2éme principe et applications.
- Introduction aux cycles thermodynamiques et machines thermiques.
- Potentiels thermodynamiques.
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