i
i
i
i
i
i
i
i
État d’un système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 637
Transformations d’un système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 638
Variables d’état communément utilisées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 638
Gaz parfaits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 639
Définition et équation d’état . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 639
Mélange de gaz parfaits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 639
Transformations d’un gaz parfait . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 640
Quelques propriétés des corps purs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 640
Coefficients thermoélastiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 640
Diagramme d’état (P; T ) d’un corps pur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 641
Diagramme (P; V ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 641
Cas particulier de l’eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 642
Premier principe de la thermodynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 642
Notion d’énergie interne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 642
Définition énergétique du gaz parfait . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 643
Le premier principe de la thermodynamique (pour les systèmes fermés) . . . . . . . . . . . . 643
Notion d’enthalpie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644
Calcul du travail échangé par un système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 646
Définition du travail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 646
Différents types de transformations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 647
Travail des forces de pression pour une transformation quasi-statique . . . . . . . . . . . . . . 647
Exemples de calcul du travail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 647
Calcul de la chaleur échangée par un système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 648
Coefficients calorimétriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 648
Chaleur échangée par des solides ou des liquides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 648
Chaleur échangée par un gaz parfait . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 649
Changements de phase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 651
Détentes de Joule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 652
Détente de Joule-Gay-Lussac . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 652
Détente de Joule-Thomson . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 653
Second principe de la thermodynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 653
Notion d’entropie, énoncé du second principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 653
Différentielle de l’entropie ; application au cas du gaz parfait . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 654
Bilan entropique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 655
Diagrammes entropiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 657
Machines thermiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 658
Relations fondamentales. Inégalité de Clausius . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 659
Différents types de machines thermiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 659
Rendement et efficacité des machines thermiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 660
Exemples de fonctionnement de machines frigorifiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 661
Moteurs de Carnot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 662
Théorie cinétique des gaz parfaits monoatomiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 662
Les bases de la théorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 663
Propriétés du gaz parfait : interprétation microscopique de la pression et de la
température . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 664
Loi de distribution de Maxwell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 667
10
i
i
i
i
i
i
i
État d’un système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 637
Transformations d’un système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 638
Variables d’état communément utilisées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 638
Gaz parfaits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 639
Définition et équation d’état . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 639
Mélange de gaz parfaits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 639
Transformations d’un gaz parfait . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 640
Quelques propriétés des corps purs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 640
Coefficients thermoélastiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 640
Diagramme d’état (P; T ) d’un corps pur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 641
Diagramme (P; V ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 641
Cas particulier de l’eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 642
Premier principe de la thermodynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 642
Notion d’énergie interne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 642
Définition énergétique du gaz parfait . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 643
Le premier principe de la thermodynamique (pour les systèmes fermés) . . . . . . . . . . . . 643
Notion d’enthalpie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644
Calcul du travail échangé par un système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 646
Définition du travail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 646
Différents types de transformations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 647
Travail des forces de pression pour une transformation quasi-statique . . . . . . . . . . . . . . 647
Exemples de calcul du travail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 647
Calcul de la chaleur échangée par un système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 648
Coefficients calorimétriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 648
Chaleur échangée par des solides ou des liquides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 648
Chaleur échangée par un gaz parfait . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 649
Changements de phase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 651
Détentes de Joule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 652
Détente de Joule-Gay-Lussac . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 652
Détente de Joule-Thomson . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 653
Second principe de la thermodynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 653
Notion d’entropie, énoncé du second principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 653
Différentielle de l’entropie ; application au cas du gaz parfait . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 654
Bilan entropique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 655
Diagrammes entropiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 657
Machines thermiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 658
Relations fondamentales. Inégalité de Clausius . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 659
Différents types de machines thermiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 659
Rendement et efficacité des machines thermiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 660
Exemples de fonctionnement de machines frigorifiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 661
Moteurs de Carnot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 662
Théorie cinétique des gaz parfaits monoatomiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 662
Les bases de la théorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 663
Propriétés du gaz parfait : interprétation microscopique de la pression et de la
température . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 664
Loi de distribution de Maxwell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 667
10