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Thermodynamique

Thermodynamique. Première loi.

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Thermodynamique

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Presentation Transcript

  1. Thermodynamique Première loi

  2. Une théorie est d’autant plus impressionnante que les principes sur lesquels elle repose sont simples, qu’elle relie toutes sortes de choses différentes et que son champ d’application est vaste. Par conséquent, la thermodynamique classique m’a fait une très grande impression. C’est la seule théorie physique à caractère universel dont je suis convaincu, compte tenu de l’application de ses concepts de base, qu’elle ne sera jamais contestée. A. Einstein, dans `Philosopher-Scientist’, P. A. Schlipp, ed., Open-Court publ., LaSalle, IL. (1973)

  3. Thermodynamique classique vs. thermodynamique statistique • Thermodynamique classique: • Macroscopique • Générale • Indépendant des modèles moléculaires • Thermodynamique statistique: • Relation entre propriétés moléculaires et propriétés macroscopiques • Dépend des modèles moléculaires

  4. Thermodynamique classique: les 3 lois • 1ère loi: Conservation de l’énergie • 2e loi: Direction naturelle des transformations (changements d’états)=tendance au désordre maximal • 3e loi: État à la température zéro absolue

  5. Concepts de base • Système+environnement=univers Système ouvert Système fermé Système isolé

  6. Concepts de base • Système+environnement=univers Système diathermique Système adiabatique

  7. Concepts de base • État thermodynamique: • Spécifié par variables d’état: T, P, V, n (n=composition)

  8. Variables thermodynamiques et unités • T en K • P en Pa (SI) ou en bar ou en atm ou en Torr 1 atm=101325 Pa, 1 bar= 105 Pa, 1 Torr=1/760 atm • V en m3 (SI) ou en l 1 l =1 dm3=10-3 m3 • n en mol/m3ou mol/l • Énergie: en J ou kJ/mol ou kcal/mol ou l.atm ou eV … • R = NAkB en J.K-1.mol-1 ou l.atm.K-1.mol-1 R=8,31451 J.K-1.mol-1 =8,20578x10-2 l.atm.K-1.mol-1

  9. Concepts de base • État thermodynamique: • Spécifié par variables d’état: T, P, V, n (n=composition) • Équation d’état =équation constitutive du système=relation entre T,P,V,n (ex: PV=nRT)

  10. Équations d’état d’un gaz • gaz parfait • gaz de van der Waals

  11. Équations d’état d’un gaz • gaz parfait • gaz de van der Waals Paramètres de VdW

  12. Coefficients de Van der Waals

  13. Gaz parfait vs. gaz de VdW

  14. Gaz réel vs. gaz de VdW équilibre de phases liq-vap.

  15. Gaz réel vs. gaz de VdW construction de Maxwell équilibre de phases liq-vap.

  16. Concepts de base • État thermodynamique: • Spécifié par variables d’état: T, P, V, n (n=composition) • Équation d’état =équation constitutive du système=relation entre T,P,V,n (ex: PV=nRT) • Fonction d’état: Propriété du système ne dépendant que de son état actuel, pas de son histoire.

  17. Concepts de base • Fonctions d’état vs. fonctions de passage: • Fonction d’état: Ex: E(T,V,n), P, V, n, H(P,T,n), S(T,V,n) • Fonction d’état extensive: dépend de n • Fonction d’état intensive: indépendant de n • Fonction de passage: dépend de l’histoire, du déroulement d’un processus (du chemin suivi) Ex: W (travail), q (chaleur)

  18. Concepts de base • Processus: chemin suivi dans une transformation • Cyclique: état final=état initial • Isotherme: T = constante • Isobare: P = constante • Isochore: V= constante • Adiabatique: q=0

  19. Première loi • Conservation d’énergie (généralisée):

  20. Première loi • Conservation d’énergie (généralisée):

  21. Première loi • Conservation d’énergie (généralisée): travail

  22. Première loi • Conservation d’énergie (généralisée): travail chaleur

  23. Première loi • Conservation d’énergie (généralisée): travail chaleur Pour un système isolé

  24. Première loi • Conservation d’énergie (généralisée): travail chaleur

  25. Travail et chaleur chaleur q=énergie échangée via mouvements désordonnés

  26. Travail et chaleur (déséquilibre de température) chaleur q=énergie échangée via mouvements désordonnés

  27. Travail et chaleur (déséquilibre de température) chaleur q=énergie échangée via mouvements désordonnés travail w=énergie échangée via mouvements ordonnés

  28. Travail et chaleur (déséquilibre de forces) (déséquilibre de température) chaleur q=énergie échangée via mouvements désordonnés travail w=énergie échangée via mouvements ordonnés

  29. Travail de changement de volume

  30. Travail de changement de volume Travail effectué par le système (gaz) pour un déplacement dz du piston

  31. Travail de changement de volume Travail effectué par le système (gaz) pour un déplacement dz du piston

  32. Travail de changement de volume Travail effectué par le système (gaz) pour un déplacement dz du piston

  33. Travail de changement de volume Travail effectué par le système (gaz) pour un déplacement dz du piston

  34. Travail de changement de volume Travail effectué par le système (gaz) pour un déplacement dz du piston Pour une déplacement fini Dz

  35. Travail de changement de volume Exemple 1: Pex =0

  36. Travail de changement de volume Exemple 2: Pex =constante

  37. Travail de changement de volume Exemple 3: Pex =P à T=const pour un gaz parfait

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