Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

COURS DE THERMODYNAMIQUE Promotion IEX Préparé par K. Sahnoune Année Universita

COURS DE THERMODYNAMIQUE Promotion IEX Préparé par K. Sahnoune Année Universitaire: 2007/2008 UNIVERSITE MOHAMMED BOUGUERRA DE BOUMERDES FACULTE DES HYDROCARBURES ET CHIMIE COURS DE THERMODYNAMIQUE Promotion IEX Préparé par K. Sahnoune Année Universitaire: 2007/2008 Sommaire 1 Sommaire Sommaire ……………………………………………………………………………………………….1 Introduction…………………………………………………………………………….……………...2 Chapitre 1: Introduction à la Thermodynamique…………………………………..…...3 Chapitre 2: Le Travail et la Chaleur…………………………………….…………….……….7 Chapitre 3: Premier Principe de la Thermodynamique……………………………..11 Chapitre 4: Second Principe de la Thermodynamique……………………….……...17 Chapitre 5: Les Cycles des Machines Thermiques……………………………………..23 Chapitre 6 : Propriétés des substances pures…………………………..………..……..28 Bibliographie……………………………………………………………………….…………….….32 Introduction 2 Introduction « La thermodynamique est un sujet curieux. La première fois qu’on l’aborde, on ne le comprend pas du tout. La deuxième fois, on pense qu’on le comprend, sauf l’un ou l’autre point. La troisième fois, on sait qu’on ne le comprend pas, mais à ce stade on y est tellement habitué qu’on ne s’en préoccupe plus» Arnold Sommerfeld La thermodynamique est une théorie extrêmement générale applicable à des systèmes possédant des caractéristiques mécaniques, chimiques, biologiques ou économiques très complexes. Dans les domaines des sciences de l’ingénieur, la thermodynamique est le cadre théorique décrivant les machines thermiques (moteur, pompe à chaleur), la combustion, les changements de phase (gaz, liquide solide, …), et les phénomènes de transport (chaleur, matière, énergie), etc. L’objectif de ce cours est d’exposer les notions fondamentales de la thermodynamique en les illustrant par des exemples concrets, et d'appliquer ces notions sur des problèmes pratiques. Chapitre 1 Introduction 3 Chapitre 1 Introduction et notions générales de la thermodynamique 1. Déϐinition de la thermodynamique La thermodynamique est une branche fondamentale de la physique qui s'intéresse aux transformations et des échanges d'énergie, et ses rapports avec les propriétés de la matière. 2. Définition de l'énergie L'énergie est une propriété que possède un corps liée à la capacité de fournir un travail "Un effet". Il y a plusieurs types d'énergie : - Energie Mécanique : cinétique, potentielle. - Energie thermique : chaleur. - Energie chimique. - Energie électrique. - Energie nucléaire. L'énergie peur se convertir d'une forme à une autre Exemple : énergie électrique → énergie thermique, dans une résistance électrique (effet Joule). 3. Notion de Système 3.1 Définition En thermodynamique, la notion de système est employé pour identifier le sujet de l'analyse; on le sépare de l'extérieur par une paroi imaginaire à travers laquelle se produisent les échanges entre le système est l'extérieur (énergie et matière). Exemple : une maison 3.2 Types de système Il y a deux types principaux de système: système fermés et systèmes ouverts. Un système fermé contient toujours la même quantité de matière, il n’y a pas d'échange de matière avec l'extérieur. Exemple : une cocote minute. Un système isolé: est un cas particulier des systèmes fermé qui n'échange rien avec l'extérieur (ni matière ni énergie). Un système ouvert: échange la matière et l'énergie avec l'extérieur, et généralement on le prend comme un volume fixe de l'espace et à travers ses surfaces se font les échanges (Volume de contrôle). Exemple : moteur de voiture. 3.3 Convention de signe Ce qui est reçu par le système sera compté positivement, alors ce qui est cédé ou perdu sera compté négatif. Limite du système Chapitre 1 Introduction 4 4. Substance pure et Phase 4.1 Phase Le mot phase se rapporte à une quantité de matière qui possède une composition chimique et une structure physique homogène. La homogénéité en structure physique signifie que la matière est totalement solide, liquide, ou vapeur. Un système peut contenir une ou plusieurs phases. 4.2 Substance pure : Une substance pure est une matière qui possède une composition chimique uniforme et invariable. Une substance pure peut exister sous forme de plusieurs phases, mais sa composition chimique doit être la même pour chaque phase. 5 Propriété, état, Equilibre 5.1 Propriété (variable d'état) Décrire un système et prévoir son comportement exige la connaissance de ses propriétés et comment ces propriétés sont liées. Une propriété est une caractéristique macroscopique d'un système tel que la masse, volume, énergie, pression, et la température à laquelle une valeur numérique peut être mesurée on les appelle variables d'état. On dit qu'une variable est une fonction d'état si elle ne dépend pas du chemin suivi par la transformation, mais seulement du point initial et le point final de l'évolution. 5.2 Etat Puisqu'il y a généralement des relations parmi les variables d'état d'un système, l'état du système peut être spécifié en fournissant les valeurs de l'ensemble ce ses propriétés. 5.3 Équilibre Le concept de l'équilibre en mécanique, signifie un état de repos par une égalité de forces opposée. Dans la thermodynamique, le concept est fondamental et plus étendu, comprenant non seulement un équilibre des forces mais également celui d’autres influences. En conséquence, plusieurs types d'équilibre doivent exister pour remplir la condition de l'équilibre complet ou équilibre thermodynamique total. Parmi ces types d'équilibre il y a l'équilibre mécanique, thermique, et chimique. 5.4 Etat d'équilibre Quand un système est isolé, il n'est pas affecté par le milieu extérieur néanmoins des changements peuvent se produire à l'intérieur du système qu'on détecte au moyen des instruments de mesure (thermomètres et manomètres, …). On observe alors qu'après un certain moment les changements s'arrêtent. On dit que le système est arrivé à un état d'équilibre, et avant d'arriver à cette étape le système était en déséquilibre. Un système est en équilibre quand ses propriétés intensives, comme la température et la pression ont des valeurs uniformes. 5.5 Grandeurs extensives et grandeurs intensives : ‐ Les grandeurs extensives dépendent de la quantité de matière du système comme: m, V, n (nombre de moles). Chapitre 1 Introduction 5 ‐ Les grandeurs intensives ne dépendent pas de la quantité de matière du système comme : La température T, la pression P. 5.6 Equation d'état : L'état d'un système à l'équilibre est caractérisé par les valeurs des variables indépendantes x, y, T, il existe une relation entre ces trois variables : f(x,y,T)=0 appelée équation d'état. En thermodynamique les variables couramment utilisés pour étudier le comportement des gaz sont P, V, T l'équation d'état devient f(P,V,T)=0 Exemple : l'équation d'état des gaz parfaits: PV=mrT ou PV=nRT 6. Variables thermodynamiques : L'état d'un système thermodynamique est décrit à l'aide de variables thermodynamiques, les grandeurs les plus utilisés en thermodynamique sont : 6.1 La Température : La température est une notion intuitive qui prend naissance dans la sensation de chaud et froid. Physiquement elle traduit l'énergie d'agitation des molécules. On mesure la température à l'aide de différents types de thermomètres. A liquide, métallique, à résistance. Elle est définie suivant deux échelles fondamentales. a Echelle Centésimale (Echelle de Celsius) La température est définie à partir de deux températures de référence : - T(°C)=0°C pour la fusion de la glace à 1Atm. - T(°C)=100°C pour l'eau bouillante à 1 Atm. b Echelle absolue (Echelle de Kelvin) Cette échelle permet une véritable mesure de la température et elle est liée à l'échelle Celsius par la relation: T(K)=T(°C)+273.15 Le zéro absolu 0 K=‐273.15°C est la température la plus basse dans la nature et on ne peut descendre en dessous de cette valeur 6.2 La pression : C'est le rapport de l'intensité de la force F G exercée sur une surface S. S F P G = L'unité est le pascal et le bar. 1 Pa =1N/m2; 1 bar = 105 Pa En thermodynamique elle traduit les efforts exercés par le fluide sur les parois du système. 6.3 Le volume spécifique Le volume spécifique est défini comme étant que l'inverse de la densité. ν=V/m=1/ρ : C'est le volume par unité de masse. Comme la densité, le volume spécifique est une variable intensive et son unité est le m3/kg. Chapitre 1 Introduction 6 6. Transformations Thermodynamiques : 6.1 Transformation (Processus) Quand une des propriétés d'un système change, l'état du système change on dit qu'il a subit une transformation (processus). Donc un processus est une transformation d'un état à un autre. Il y a les transformations ouvertes et fermés pour les premières l'état final du système est différent de l'état et pour les transformations fermées c’est l’inverse. En thermodynamique il y a quatre transformations fondamentales : Transformation isochore: V=Cte ‐ Transformation isobare: P=Cte Transformation isotherme: T=Cte Transformation adiabatique: Q=Cte Application: Etude d'exemples de transformations. 6.2 Cycle Thermodynamique Un cycle thermodynamique est une suite de processus qui débute et finit au même état. À la fin d'un cycle toutes les variables d'état ont les mêmes valeurs initiales. Les Cycles qui se répètent périodiquement jouent un rôle important dans le domaine industriel. Par exemple le cycle d'un moteur d'une voiture. 6.3 Transformation réversible: Une transformation réversible est une transformation qui peut se faire dans les deux sens, c'est une transformation parfaite (sans frottements ni pertes de chaleur). Elle fournit un travail maximum et un minimum de chaleur dégagée. 6.4 Transformation irréversible: C'est une transformation qui ne peut être décrite dans les deux sens. De travail fournit est moindre que le cas réversible, la chaleur fournit est supérieure. Exemples: - Mouvement avec frottement d'une bille sur une surface. - Combustion de l'essence dans un moteur. 7. Représentation graphique d'une transformation: Pour étudier uploads/Finance/ cours-de-thermodynamique.pdf