A - LES SYSTEMES

- Système: corps ou ensemble de corps à l'étude.

- Milieu extérieur ou milieu : tout le reste de l'Univers.

- Système isolé: n’échange ni énergie, ni matière avec le milieu extérieur.

- Système fermé:  peut échanger de l’énergie mais pas de matière avec l’extérieur.

- Système ouvert: peut échanger matière et énergie avec l’extérieur.

B - VARIABLES THERMODYNAMIQUES

On ne peut parler de l'état d'un système que si les grandeurs physiques que l'on peut lui attribuer sont les mêmes en chacun de ses points et si ces grandeurs sont constantes dans le temps.

L’état d’un système est décrit par des paramètres ou variables d’état. Pour les fluides ( liquides, gaz ou plasmas ) les variables thermodynamiques les plus utilisées sont la pression P, le volume V et la température T. mais cela pourrait être toute autre grandeur physique. Le choix des variables thermodynamiques est dicté par la commodité, la précision de mesure ou la facilité de représentation. La relation entre P,V et T est l’équation d’état du fluide. Cette équation est déterminée par la mesure expérimentale des coefficients thermoélastiques: (voir les lettres grecques)

 en K^-1

 en K^-1

en Pa^-1

Ce sont des grandeurs intensives.

On rappelle que

il s'ensuit:

- Gaz parfait: son équation d’état est:

où R, constante des gaz parfaits, vaut 8,314 J.K^-1.mol^-1

P en pascals ( Pa ), V en m³, n en moles ( mol ) et T en kelvins (( K ) on ne précise pas degré kelvin).

Le produit PV est en joules, comme un travail ou une énergie.

- Si les 4 variables thermodynamiques varient, seule la quantité

est constante.

- Si un gaz parfait n'échange pas de matière, alors n est constante et:

voulant dire "se comporte comme".

- Si M (en g.mol^-1 dans ce cas ) est la masse molaire d'un gaz parfait, sa densité par rapport à l'air est:

29 g.mol^-1 est la masse molaire de l'air.

Composition approximative de l'air:

Voir une classification périodique des éléments

- Pour un gaz parfait qui évolue sans échange de matière, de façon adiabatique et quasi-statique,

on en déduit:

Bien sûr, la constante n'a pas la même valeur dans ces différents cas.

- Gaz réels: si P faible,  ils ont un comportement presque parfait. Sinon on peut les décrire par différentes équations d’état dont une des plus importantes est celle de Van der Waals:

b est le covolume, a/V² est la pression interne.

- Variables intensives: elles ne dépendent pas de la taille du système et ont même valeur en tout point du système.

Exemple: P et T.

- Variables extensives: dépendent de la taille du système et se rapportent à l’ensemble du système.

Exemple:: n quantité de matière et V.

- Equation d’état  d’une barre ou d’un fil soumis à une traction F:

  est le coefficient de dilatation (voir un tableau)

S est la section de la barre . E est le module d'Young. La section intervient pour la traction mais "pas" pour la dilatation. F/(ES) est sans unité.

C- TRANSFORMATIONS D’UN SYSTEME

- Transformations réversibles: succession d’états d’équilibre infiniment voisins, l’équilibre étant réalisé à l’intérieur du système et entre le système et l’extérieur: à chaque instant P_système est définie et P_système =  P_extérieure

- Transformations quasi-statiques: succession d'états d’équilibre interne du système, une telle transformation est lente vis à vis d’un temps caractéristique du système.

- Remarque: l’équilibre mécanique ( P_système =  P_extérieure ) étant beaucoup plus rapide à obtenir que l’équilibre thermique  ( T_syst =  T_ext ), une transformation peut paraître quasi-statique ou réversible du point de vue mécanique mais irréversible du point de vue thermique.

- Transformation irréversible: non réversible.

- Transformation isobare:le système est soumis à une pression extérieure constante et il ne suffit pas que P_finale = P _initiale.

- Transformation monobare: même pression au début et à la fin.

- Transformation. isotherme: la température T du système reste constante donc définie.

loi de Mariotte.

- Transformation monotherme: même température au début et à la fin.

- Transformation isochore: le volume V du système reste constant.

- Transformation adiabatique: pas d’échange de chaleur Q avec l’extérieur.

- Transformation cyclique: l’état final est identique à l’état initial.

D - PREMIER PRINCIPE

- Enoncé:     a) l’énergie interne U est la somme de l’énergie cinétique microscopique ( agitation thermique ) et de l’énergie potentielle d’intéraction entre les différentes parties du système.

b) U est une fonction d’état ( fonction des variables d’état ) et sa variation U, entre un état initial et un état final, est indépendante du chemin suivi par la transformation. U ne dépend que de ces 2 états extrêmes.

c) U peut varier par échange de travail, de chaleur ou de matière entre le système et l'extérieur