Thermodynamique : Premier principe et description d'un système à l'équilibre

Thèmes abordés

physique, gaz parfait, thermodynamique, capacité thermique, équilibre thermodynamique, transformation thermodynamique, système thermodynamique, enthalpie, transfert thermique, diagramme de Clapeyron, Sciences - Ingénierie - Industrie

Résumé du document

Ce document comporte une fiche de révision de physique portant sur le premier principe de la thermodynamique et la description d'un système thermodynamique à l'équilibre.

Extraits

[...] = 0 (mécanique) et 𝑇1 = 𝑇2 = ⋯ = 𝑇𝑛 (thermique) EQUATION D'ETAT ⇢ Relation vérifiée par les variables d'état du ST à l'équilibre ⇢ Gaz parfait : 𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇 ⇢ Phase « idéale » : incompressible (𝜒 = et indilatable (𝛼 = ⇒𝑉 = 𝑐𝑠𝑡 indépendant de P et T 𝑖 ⇢ Loi de Laplace : mécaniquement réversible + adiabatique + gaz parfait ⇒ 𝑃𝑉 = 𝑐𝑠𝑡 PREMIER PRINCIPE DE LA THERMODYNAMIQUE ⇢ Enoncé du premier principe : Δ𝑈 + Δℰ𝑐 ,𝑚𝑎𝑐𝑟𝑜 = 𝑊 + 𝑄 ENTHALPIE, CAPACITE THERMIQUE A PRESSION CONSTANTE ⇢ Enthalpie 𝐻 : 𝐻 = 𝑈 + 𝑃𝑉 (extensif : somme) ⇢ Capacité thermique 𝐶𝑝 à 𝑃 = 𝑐𝑠𝑡 : 𝑑𝐻 = 𝐶𝑝 𝑑𝑇 (J.K-1) ⇢ Reformulation du 1er principe : transformat° monobare + éq dans état initial et final (changement de phase) Décomposer toutes les étapes de changement de phase et de température séparément before Δ𝐻 + ℰ𝑐 ,𝑚𝑎𝑐𝑟𝑜 = 𝑊𝑎𝑢𝑡𝑟𝑒 + 𝑄 ⇢ Gaz parfait : - 2ème loi de Joule : 𝐻𝑚 = 𝐻𝑚 (𝑇) - Δ𝐻 = 𝐶𝑝 Δ𝑇 - Relation de Mayer : 𝐶𝑝 − 𝐶𝑣 = 𝑛𝑅 SYSTEME THERMODYNAMIQUE ⇢ A préciser au début de chaque exercice : Système (ouvert, fermé, homogène, isolé . ) et le milieu ⇢ Echelles : microscopique ≃ 10−10 m (particule), macroscopique ≃ 1m (nous), mésoscopique ≃ 1μm (milieu) ⇢ Variables d'état : grandeurs qui permettent de définir l'état d'un ST - température : agitation thermique des particules en K (Kelvin) - pression : effet des chocs sur une paroi 𝑑𝐹⃗ = 𝑃(𝑀)𝑑𝑆⃗. [...]

[...] 𝐾 − 𝑘𝑔−1 ⇢ Chaleur latente : enthalpie massique associée à une transition de phase est appelée « chaleur latente 𝑙 » = quantité d'énergie thermique qu'il faut fournir pour passer de 1kg de corps d'une phase à une autre. Δ 𝐻(𝑇) Vaporisation : 𝑙𝑣𝑎𝑝 (𝑇) = 𝑣𝑎𝑝 = Δ𝑣𝑎𝑝 ℎ(𝑇) Δ𝑓𝑢𝑠𝐻(𝑇) - Fusion : 𝑙𝑓𝑢𝑠 (𝑇) = - Sublimation : 𝑙𝑠𝑢𝑏 (𝑇) = 𝑚 𝑚 = Δ𝑓𝑢𝑠 ℎ(𝑡) Δ𝑠𝑢𝑏 𝐻(𝑇) 𝑚 = Δ𝑠𝑢𝑏 ℎ(𝑇) U Q I S Y H E - 𝑉𝑚,𝑔𝑎𝑧 𝑝𝑎𝑟𝑓𝑎𝑖𝑡 = 1 𝜌 𝑅𝑇 𝑃 e r b i l i u q é ' l à e u q i m a n y d o m r e h t e m è t s y s n u ' d n o i t p i r c ⇢ Volume : 𝑣𝑚 = 𝒏 𝒎 𝑚 𝑘𝑔−1 = 22,4 L.mol - 𝑣𝑚,𝑎𝑖𝑟 =0,77m3 .kg-1 - 𝑣𝑚,𝑒𝑎𝑢 = 10-3 m3 .kg-1 EQUILIBRE THERMODYNAMIQUE ⇢ Les variables d'état ne varient plus et il y a aucun échange avec le milieu extérieur ⇢ Conditions : ∑𝑓𝑜𝑟𝑐𝑒𝑠 𝑒𝑥𝑡. [...]

[...] Thermodynamique : Premier principe et description d'un système à l'équilibre Isotherme Monobare Monotherme 𝑇 = 𝑐𝑠𝑡 𝑃𝑒𝑥𝑡 = 𝑐𝑠𝑡 𝑇𝑒𝑥𝑡 = 𝑐𝑠𝑡 Lent + paroi pressostat thermostat diatherme + thermostat Cyclique Quasi-statique Réversible Adiabatique Δ𝑉𝑎𝑟𝑖𝑎𝑏𝑙𝑒𝑠 = 0 succession d'états Mécaniquemt réversible : 𝑃 = 𝑃𝑒𝑥𝑡 𝑄=0 rapide + paroi d'éq. ∞ment 𝑇 = 𝑇𝑒𝑥𝑡 si la paroi est diatherme calorifugées proche Ne pas confondre avec isotherme ⇢ Transfert d'énergie : travail 𝑊 ou transfert thermique 𝑄 (quantité d'énergie échangée en J ≈ chaleur) ⇢ Mode de transfert thermique : Conduction thermique : 𝑇1 𝑇2 et pas de transport macroscopique de matière Convection thermique : mouvement d'ensemble macroscopique de la matière dans un fluide Rayonnement thermique : rayonnement électromagnétique émis par un corps (soleil en hiver) TRAVAIL DES FORCES DE PRESSION ⇢ Travail élémentaire : 𝛿𝑊 = −𝑃𝑒𝑥𝑡 𝑑𝑉 𝑓 𝑣 ⇢ Travail fini : 𝑊 = ∫𝑖 𝛿𝑊 = − ∫𝑣 𝑓 𝑃𝑒𝑥𝑡 𝑑𝑉 𝛾 - Coefficient de Laplace : 𝛾 = 𝐶𝑝 𝐶𝑣 ⇢ Phase considérée idéale : 𝐻𝑚 = 𝑈𝑚 ; 𝐶𝑝 ,𝑚 = 𝐶𝑣,𝑚 = 𝐶𝑚 ; Δ𝐻 = Δ𝑈 = 𝐶 Δ𝑇 ⇢ Capacité thermique massique de l'eau : 𝑐𝑒𝑎𝑢 = 4,18.103 𝐽. [...]