Chapitre 1 : notions générales de thermodynamique

Pression, température, travail et chaleur, chaleur sensible et latente, évaporation, ébullition, point triple et condensation. 24 diapositives, une à la fois : les flèches les font défiler, le plan ci-dessous mène à chacune.

Diaporama du chapitre (PDF, 8.8 Mo)Polycopié, chapitres 1 et 2 : notions générales de thermodynamique, gaz parfaits et réels (PDF, 535 ko)

Introduction

C. Voyant

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BUT Génie Biologique 2

Sciences de l'Aliment et Biotechnologie

PHYSIQUE INDUSTRIELLE · 2023/2024

Plan du chapitre

Introduction (6 diapositives)

C. Voyant
Contexte
Sommaire
NOTIONS GÉNÉRALES DE THERMODYNAMIQUE
1
- Introduction
Thermodynamique Étude du fonctionnement et du bilan énergétique des machines thermiques Étude des transferts de chaleur dans un système ou entre deux systèmes
- Pourquoi ?
Machines thermodynamiques · Moteurs thermiques, · Centrales thermiques, · Centrales nucléaires … · Conversion · Chaleur · Machines dynamo-thermiques · Machines frigorifiques, · Pompes à chaleur, · Liquéfacteurs … · Travail · Travail · Conversion · Chaleur
Thermodynamique Aspect Macroscopique : Propriétés de la matière ou du système à l'échelle globale ou macroscopique, alors les propriétés sont décrites par des variables d'état macroscopiques (p, V, T, m…) Aspect Microscopique : Propriétés de la matière à l'échelle microscopique ou atomique en utilisant comme variables les grandeurs cinétiques des atomes ou molécules individuelles (pi ,vi ,Ei …)
- Echelles spatiales
Thermodynamique Classique Thermodynamique Statistique

1. Les termes (3 diapositives)

1. Les termes
1. Les termes
NOTIONS GÉNÉRALES DE THERMODYNAMIQUE
1
- Pression et température

2. La pression · La température (8 diapositives)

2. La pression
Différentes grandeurs Pression atmosphérique : Pression exercée sur la surface de tout corps par la couche gazeuse de l’atmosphère. Pression relative : Mesurée à partir de la pression atmosphérique. Pression absolue : Pression absolue = Pression relative + Pression atmosphérique Vide : Pression inférieure à la pression atmosphérique
- La pression
2. La température
NOTIONS GÉNÉRALES DE THERMODYNAMIQUE
1
- L’énergie interne et les changements d’état
Echanges de chaleur et d’énergie
- Les composantes de l’énergie interne (DU=Q+W)
Q

L'énergie thermique correspond à l'énergie cinétique de molécules se déplaçant et subissant des chocs de manière aléatoire.

T2 > T1

L'énergie transférée est dite désordonnée au niveau microscopique

Transfert de chaleur Q

Le travail d'une force est l'énergie fournie lorsque son point d'application se déplace.

Il est responsable de la variation de l'énergie cinétique du système qui subit cette force.

L'énergie transférée est dite ordonnée au niveau microscopique

Transfert de travail W

W
Chaleur et changement d’état physique Chaleur sensible -> variation de température mais pas de changement d’état physique. Chaleur latente -> constance de température avec changement d’état physique. Chaleur massique -> quantité de chaleur qu'il faut fournir pour élever de 1°C, 1 kg du corps sans changer d’état (exemple: Cpeau = 4186 J/kg .°C )
- Les quantités de chaleur
Les changements d’état
Chaleur et changement d’état physique AB : Elévation de température du solide sans changement d'état BC : Changement d'état à température constante θf -> température de fusion θs -> température de solidification CD : Echauffement du liquide DC : Refroidissement du liquide CB : Solidification BA: Refroidissement du solide.
- Liquide ∫ Solide
Transformation solide-liquide
Chaleur et changement d’état physique En pratique, l'état liquide peut se maintenir même au dessous de la température de solidification, c'est ce que l'on appelle la surfusion que l'on peut faire cesser par simple agitation. La chaleur latente de fusion, Lf est le nombre de Joules nécessaires pour transformer 1 Kg de solide en liquide à la température de fusion. Pour la glace, Lf = 333 kJ/kg => 333 kJ sont libérées lorsque 1 Kg d'eau se congèle. Sous une même pression, la température de fusion et de solidification sont identiques.
- Réversibilité
Lf · Surfusion · Transformation solide-liquide

3. Liquide => gaz a T° faible · Liquide => gaz a T° élevée ou … (7 diapositives)

3. Liquide => gaz a T° faible
3. Liquide => gaz a T° élevée ou …
3. Température d’ébullition
Chaleur et changement d’état physique Point triple 1. Que peut-on dire de l’état de l’eau au point triple ? 2. Que se passe-t-il à partir du point critique ? 3. A une pression de 40 bar, quelle est la température de fusion de l’eau ? Quelle est sa température d’ébullition ? 4. A la température de -10°C, dans quel intervalle de pression l’eau est-elle solide ? Liquide ? Gazeuse ? 5. Quel est l’état de l’eau à une température de 200 °C, sous une pression de 30 bar ?
- Les 3 états en un point : exercice
Chaleur et changement d’état physique Point triple 1. Au point triple l’eau coexiste à l’état solide, liquide et gazeux. 2. A partir du point critique l’eau passe dans l’état supercritique. 3. Pour P = 40 bar. Tfusion(eau) = -10°C et Teb(eau) = 250 °C 4. Pour T = -10 °C, l’eau est à l’état gazeux de P = 0 à 10-3 bar. Puis elle est à l’état solide de P ~ 10-3 bar à P = 40 bar. Elle passe ensuite à l’état liquide. 5. Pour P = 30 bar et T = 200°C, l’eau est à l’état liquide.
- Les 3 états en un point : correction
3. Aspect énergétique
3. Du gaz au liquide

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