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Université des sciences et de la Technologie H. Boumediene Alger

Les cours de la Faculté de physique

THERMODYNAMYQUE

Résumé de cours et exercices corrigés

Domaine L2 SM

Dr Nouri Sabrina Eps Laziri

Année universitaire 2019-2020

Préface

Ce cours de Thermodynamique est destiné aux étudiants de deuxièmes années de licence

spécialité science de la matière SM. Il couvre en quatre chapitres les notions de base de la

thermodynamique et les machines thermiques. Chaque chapitre commence par un résumé de cours mettant l'accent sur les points fondamentaux du cours, illustré par quelques exemples classiques et accompagné par des exercices d'application qui ont fait partie des enseignements de ce module durant les dernières années. Ce document est accompagné par des annexes comportant des rappels de notions de base en thermodynamique et des grandeurs physiques ainsi que la bibliographie utilisée. Lauteur tient à remercier tous les collègues qui ont fait partie du collectif de lenseignement de ce module. Cette première édition comporte sûrement quelques imperfections, nous serions reconnaissants à tous ceux qui nous ferait part de leurs remarques et suggestions.

Le cours se trouve sur le lien :

http://perso.usthb.dz/~snouri/

Lauteur

Table des matières

I. Outil mathématique 1

I.1. Rappel sur les dérivées partielles 1

I.2. Exercices dapplication sur les dérivées partielles 1

II. 5

II.1. Notions 5

II.2. Travail W 6

II.3. Quantité de chaleur Q 6

II.4. Variation d 7

II.5. Transformation réversible d 8

a) 8 b) Transformation isobare 8 c) Transformation isotherme 8 d) 9 II.6. Exercices sur le premier principe de la thermodynamique 6

III. 25

III.1. 25

III.2. Bilan d 26

III.3. 26

III.4. Irréversibilité 26

III.5. 28

III.6. Des exemples 28

III.7. Exercices d 30

III.8. 30

a) Lenthalpie 36 b) 36 c) 37

IV. 37

IV.1. 38

IV.2. 38

IV.3. 38

a) 39 b) 39

IV.4 Théorème de 41

IV.4.1 41

IV.4.2 42

IV.5. 42

IV.6. 44

51

Annexe1 : Sujet d 52

62
a) 62 b) c) Variables 62 63

NOMENCLATURE

Principales notations

C : capacité calorifique

CP : capacité calorifique à pression constante

CV : capacité calorifique à volume constant

d : dérivée totale e : coefficient de performance f : fonction f : fonction dérivée

F : énergie libre

G : enthalpie libre

H : enthalpie

I : intensité de courant

J : joule

K : kelvin

kg : kilogramme

L : chaleur latente

l : litre

M : masse

m : mètre n : nombre de moles

P : pression

p : puissance

Pa : pascale

Q : quantité de chaleur

R : constante universelle des gaz parfaits

: résistance

S : entropie

T : température

t : temps

U : énergie interne

V : volume

W : travail

Lettres grecques

: dérivée partielle : rendement : opérateur de Laplace : densité : coefficient adiabatique : coefficient de dilatation isobare : coefficient daugmentation de pression isochore : coefficient de compressibilité isotherme

Indices

0 : état initial

E : équilibre

e : eau ext : extérieur f : finale

F : fusion

g : glace i : initiale irrév : irréversible int : intérieur

P : à pression constante

réver : réversible v : vaporisation

V : à volume constant

T : à température constante

Introduction

Le mot thermodynamique est dorigine grec. Il est composé de deux parties : " thermo » qui signifie chaleur et " dynamique » qui signifie travail ou mouvement. Le mot composé veut dire mouvement produit à partir de la chaleur. La thermodynamique est apparue en tant que

science à partir du XVIII siècle avec la découverte de la machine à vapeur. Son but est

détudier les différentes formes dénergies et les possibilités de conversion entre elles.

La thermodynamique compte plusieurs branches :

Thermodynamique classique : étudie les systèmes à léchelle macroscopiques en utilisant des grandeurs mesurables telles que la pression P, la température T et le volume V Thermodynamique chimique : étude des chaleurs des réactions et des propriétés thermodynamiques des équilibres chimiques. Thermodynamique statistique : prend en considération les systèmes sous leurs aspects microscopiques et sappuie sur la mécanique statistique. Thermodynamique technique : pour les machines thermiques, frigorifiques, pompe à t).

Etat de lart de la thermodynamique :

1747 : le physiologiste A. HALLER a attribué la constance de la température, du corps

humain au frottement accompagnant la circulation du sang.

1765 : J. WATT a créé la première machine à vapeur pratiquement sans fondement

théorique.

1824 : S. CARNOT a énoncé le deuxième principe de la thermodynamique, qui a été

complété plus tard (en 1848) par W. THOMSON et R. CLAUSIUS (en 1850).

1842 : R. MAYER a énoncé le premier de la thermodynamique, qui a été confirmé par J.

JOULE en 1845.

1869 : M. MASSIEU, J.W. GIBBS (1875), H.L.F. HELMOTZ (1882), et P. DUHEM

(1886) ont énoncé les fonctions caractéristiques et les potentielles thermodynamiques, et ont

initié lapplication de la thermodynamique à la chimie.

1877 : L. BOLTZMANN a introduit la thermodynamique statistique.

THERMODYNAMIQUE RESUMÉ DE COURS ET EXERCICES CORRIGÉS

1

I. Outil mathématique :

I.1. Rappel sur les dérivées partielles :

Soit une fonction f(x) à une seule variable x :

La dérivée de f est f définit par :

x0f x x f x df xf x limx dx ' (I.1)

Soit :

'fdf x f x dx df dxx quotesdbs_dbs2.pdfusesText_4