Qu'est-ce que 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 :
Quels sont les mémoires de la thermodynamique?
- 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.
Quels sont les principes de la thermodynamique?
- 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).
Quels sont les éléments indispensables à l’étude de la thermodynamique ?
- Réviser les notions indispensables à l’étude de la thermodynamique Quantifier les transferts d’énergie dans une quantité fixe de fluide Quantifications du travail et de la chaleur en système fermé?; Notion d’irréversibilité. Quantifier les transferts d’énergie dans un fluide en flux continu
[PDF] livre triangle 6eme exercice
[PDF] livre un secret
[PDF] Livre vanina vanini
[PDF] livre wikipedia
[PDF] livre zootechnie générale pdf
[PDF] livre" le dieu du carnage " texte argume
[PDF] Livre: La classe de neige (questions) de Emmanuel
[PDF] Livre: Les Fabliaux du Moyen Age Gallimard Jeuness
[PDF] Livre: Les Fabliaux Gallimard Jeunesse Folio Junio
[PDF] livre: les sentinnelles du futur
[PDF] livre: nouvelles policière
[PDF] Livre: Une poignée d'étoile
[PDF] livres ? lire en 4ème liste
[PDF] livres ? lire en classe de première
[PDF] livres ? télécharger gratuitement technique pdf
[PDF] livre un secret
[PDF] Livre vanina vanini
[PDF] livre wikipedia
[PDF] livre zootechnie générale pdf
[PDF] livre" le dieu du carnage " texte argume
[PDF] Livre: La classe de neige (questions) de Emmanuel
[PDF] Livre: Les Fabliaux du Moyen Age Gallimard Jeuness
[PDF] Livre: Les Fabliaux Gallimard Jeunesse Folio Junio
[PDF] livre: les sentinnelles du futur
[PDF] livre: nouvelles policière
[PDF] Livre: Une poignée d'étoile
[PDF] livres ? lire en 4ème liste
[PDF] livres ? lire en classe de première
[PDF] livres ? télécharger gratuitement technique pdf
F. MEUNIER
THERMODYNAMIQUE
DE LÕINGNIEURISBN 2 10 007154 8
AIDE-MMOIRE DE LÕINGNIEUR
Francis Meunier
THERMODYNAMIQUE
DE LÕINGNIEUR
nergtique ¥ Environnement
FRANCIS MEUNIER
LÕauteur est titulaire de
la chaire de physique du froid du Cnam, et directeur de lÕInstitut franais du froid industriel (IFFI).http://www.dunod.com Cet aide-mmoire regroupe de faon synthtique et illustre toutes les dfinitions, quations et mthodes conna"tre pour appliquer les concepts de la
thermodynamique :¥ principes de la thermodynamique et relations
fondamentales ; ¥ proprits des corps purs et des mlanges ;¥ cycles thermodynamiques (cycles de Rankine,
Carnot, Hirn, Ericsson, Stirling, Joule, Beau de
Rochas, Diesel, Linde, Claude, cognration) ;¥ combustion.
Un dernier chapitre est consacr aux impacts
environnementaux (quantification de lÕeffet de serre, analyse du cycle de vie). De nombreux tableaux de donnes sur les proprits thermodynamiques des corps sont regroups en annexe.Cet aide-mmoire constitue un outil de travail
indispensable pour les ingnieurs et techniciens en nergtique et en mcanique, ainsi que les tudiantsÉnergétique • Environnement
Francis Meunier
Aide-mémoire
Thermodynamique
de l'ingénieur Énergétique • Environnementwww.biblio-scientifique.net© Dunod, Paris, 2004
ISBN 2 10 007154 8
Ce pictogramme mérite une explication.
Son objet est d'alerter le lecteur sur
la menace que représente pour l'avenir de l'écrit, particulièrement dans le domaine de l'édition tech- nique et universitaire, le dévelop- pement massif du photo- copillageLe Code de la propriété
intellectuelle du 1 er juillet 1992 interdit en effet expressément la photocopie à usage collectif sans autorisation des ayants droit. Or,cette pratique s'est généralisée dans lesétablissements d'enseignement supérieur,provoquant une baisse brutale des achatsde livres et de revues, au point que la
possibilité même pour les auteurs de créer des oeuvres nouvelles et de les faire éditer correctement est aujourd'hui menacée.Nous rappelons donc que
toute reproduction, partielle ou totale, de la présente publication est interdite sans autorisation duCentre français d'exploitation du
droit de copie (CFC, 20 rue des Grands-Augustins, 75006 Paris).
IIITABLE DES MATI»RES
Avant-proposVII
1 Les deux principes de la thermodynamique 1
1.1 SystËme thermodynamique 1
1.2 Le premier principe de la thermodynamique 4
1.3 Le second principe de la thermodynamique 18
1.4 Líentropie 27
1.5 Líexergie 41
2 Relations fondamentales 47
2.1 ...quations de Gibbs et Gibbs-Duhem 47
2.2 Les quatre fonctions díÈtat 53
2.3 Relations de Maxwell 56
2.4 MÈlanges de fluides 67
3 PropriÈtÈs des corps purs 73
3.1 Introduction 73
3.2 RËgle des phases de Gibbs pour les corps purs 76
3.3 Les gaz ‡ un constituant 77
3.4 Les phases condensÈes : liquides ou solides 108
3.5 Changements de phase 111
3.6 PropriÈtÈs thermodynamiques et diagrammes
des corps purs 1193.7 Compression et dÈtentes adiabatiques 127www.biblio-scientifique.net
IV4 PropriÈtÈs des mÈlanges 135
4.1 Solutions id
Èales 135
4.2 Solutions non idÈales 142
4.3...quilibre liquide-vapeur pour les mÈlanges (loi de Raoult) 144
4.4 Diagrammes de phase liquide/vapeur
pour des systËmes binaires 1465 Cycles thermodynamiques 155
5.1 Le concept de cycle thermom
Ècanique 155
5.2 Les cycles moteurs
‡ vapeur 1575.3 Les cycles moteurs
‡ gaz 1885.4 Le cycle combinÈ 210
5.5 Les cycles inverses ‡ compression mÈcanique de vapeur 212
5.6 Les cycles inverses ‡ compression de gaz 215
5.7 Les cycles ‡ dÈtente 223
5.8 Le cycle frigorifique
‡ compression thermique de vapeur 2315.9 La polygÈnÈration 235
6 Combustion 239
6.1 Notions gÈnÈrales sur la combustion 239
6.2 Application du premier principe ‡ la combustion 242
6.3 Bilan
ÈnergÈtique de la combustion 245
6.4 Constante díÈquilibre díune rÈaction chimique
(gaz parfaits) 2547 Formalisme avancÈ 261
7.1 Thermodynamique des processus irrÈversibles 261
7.2 Thermodynamique en temps fini 269
8 Environnement
et dÈveloppement durable 279
8.1 Líeffet de serre et sa quantification 280www.biblio-scientifique.net
V8.2 Impact environnemental
de quelques procÈdÈs ÈnergÈtiques 2908.3 Analyse du cycle de vie (ACV) 295
Annexes
A PropriÈtÈs des corps 307
B Combustion 354
Index359www.biblio-scientifique.net
www.biblio-scientifique.net VIIAVANT-PROPOS
Cet ouvrage prÈsente les concepts ainsi que les outils de base de la thermo- dynamique telle quíelle a ÈtÈ conÁue dans le passÈ et telle quíelle est uti- lisÈe aujourdíhui pour les applications ÈnergÈtiques et pour ce rtaines applications environnementales. Un ouvrage de thermodynamique ne peut pas se dispenser de líoutil mathÈmatique qui a permis ‡ la thermo- dynamique díacquÈrir ses lettres de noblesse. NÈanmoins, il est prouvÈ quíil níest nullement indispensable de possÈder un niveau ÈlevÈ en mathÈ- matiques pour maÓtriser parfaitement la thermodynamique de líingÈnieur. Fort de mon expÈrience díenseignement au Cnam et ‡ líInstitut franÁais du froid industriel (IFFI), je me suis efforcÈ, dans cet ouvrage, de ne pas occulter la dÈmarche mathÈmatique qui fait la force de la thermodyna- mique, tout en permettant au lecteur de suivre le fil conducteur et de pouvoir appliquer les rÈsultats mÍme si certains dÈveloppements mathÈ- matiques peuvent lui Èchapper. Cet ouvrage, destinÈ ‡ des techniciens supÈrieurs titulaires díun BTS, DUT ou son Èquivalent, est accessible dans certaines de ses parties ‡ des Ètudiants inscrits en BTS ou DUT et dans díautres, plutÙt ‡ des ingÈnieurs. La thermodynamique est toujours prÈsente dans la dÈmarche de líingÈnieur en ÈnergÈtique et en environnement qui conÁoit ou utilise une instal- lation, mais líingÈnieur est soumis ‡ díautres contraintes que la seule contrainte thermodynamique. Jusquí‡ prÈsent, il travaillait ess entiellement sous contrainte Èconomique; líÈlÈment nouveau, ‡ la fin du XX e siËcle, a ÈtÈ líapparition de la contrainte environnementale. La thermodynamique ne peut pas rester insensible ‡ cette Èvolution, et cíest pourquoi le chapitre 8 de cet ouvrage rend compte de nouvelles dÈmarches permettant de pren- dre en compte cette nouvelle contrainte via le dÈveloppement durable.www.biblio-scientifique.net VIII Je tiens ‡ remercier mes collaborateurs enseignants (MM. Bonjour et Domblides) qui dispensent, au Cnam et ‡ líIFFI, les enseignements diri- gÈs associÈs aux cours qui relËvent de cet ouvrage, pour leurs remarques prÈcieuses qui ont permis de faire Èvoluer mon enseignement. Je tiens Ègalement ‡ remercier M. C. Chevalier, stagiaire, pour sa contribution sur líACV, M. G. Descombes, enseignant, pour sa relecture partielle, ainsi que M. Settouraman pour son aide prÈcieuse dans la rÈalisation des
figures.www.biblio-scientifique.net 1 © Dunod ñ La photocopie non autorisÈe est un dÈlit.1 ï LES DEUX PRINCIPES
DE LA THERMODYNAMIQUE
Toute étude thermodynamique commence par une définition du sys- tème thermodynamique, de l"état d"un tel système, des variables permet- tant de le définir ainsi que des fonctions d"état.1.1 SystËme thermodynamique
Un système thermodynamique peut être complexe; il peut évoluer (évolution thermodynamique, chimique, biologique, etc.). On caracté- rise un système suivant la nature de ses échanges (matière et énergie) avec l"extérieur. Le système est dit isolØ s"il n"échange ni matière ni éner- gie avec le milieu extérieur (l"Univers est un système isolé). Il est dit fermØ s"il n"échange pas de matière avec le milieu extérieur. Il est dit ouvert s"il peut échanger de la matière avec le milieu extérieur. Il e st dit adiaba- tique si aucun échange de chaleur n"est possible avec l"extérieur.1.1.1 ...tat díun systËme thermodynamique
Pour décrire l"état d"un système thermodynamique, on utilise des variables d"état. Certaines variables dépendent de l"échelle du système (volume, masse, énergie, etc.) et sont appelées variables extensives; d"autres variables sont intrinsèques et ne dépendent pas de l"échelle (température, pression, etc.) et sont appelées variables intensives. Pourdistinguer commodément les variables intensives et extensives, considé-www.biblio-scientifique.net
1 Les deux principes
de la thermodynamique 21.1 Système thermodynamique
rons un syst variables thermodynamiques : la masse m et (n 1) variables X i i variant de 1 (n 1); considØrons une partie S de S dont la masse est m nvariables thermodynamiques : m et (n 1) variables x i ; x i est une variable extensive si x i X i , et x i est une variable intensive si x i X i titre d exemple, la tempØrature est une variable intensive qui ne dØpend pas de la masse du sous-ensemble alors que le volume est une grandeur extensive qui dØpend de la masse du sous-ensemble. Le nombre de variables intensives indØpendantes nØcessaires pour dØcrire un Øtat sif du syst de dØterminer le nombre de variables d Øtat nØcessaires pour caractØriser1.1.2...volution díun systËme thermodynamique
C est ainsi que l on introduira les notions de transformations rØversibles ou irrØversibles, de transformations adiabatiques (sans Øchange de cha- leur avec le milieu extØrieur), de transformations isothermes ( tempØra- ture constante), de transformations isobares ( pression constante) ou encore isochores ( volume constant). Par ailleurs, les transformations cycliques (que l on appellera plus simplement "cycles thermodyna- miques ») joueront un r le important dans cet ouvrage. Un cycle thermo- dynamique est une transformation au cours de laquelle l Øtat final est rigoureusement identique l Øtat initial. Si toutes les transformations au sein du cycle sont rØversibles, le cycle est dØnommØ cycle réversible. Dans le cas oø les transformations internes sont rØversibles mais les couplages externes (Øchanges de chaleur ou autres) sont irrØversibles, le cycle est dØnommØ cycle endoréversible: c est le cas des transformations internes rØversibles tempØrature variable avec des Øchanges de chaleur irrØversi-bles car s effectuant avec des sources de chaleur tempØrature constante.www.biblio-scientifique.net