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La thermodynamique est une science née au XIXème siècle qui étudie les propriétés de la
matière à l’échelle macroscopique. Son champ d’application est extrêmement vaste : moteurs
et centrales électriques thermiques, dispositifs réfrigérateurs destinés à produire du froid, etc.
Ce chapitre présentera des modèles thermodynamiques simples pour un corps pur dans l’état
solide, liquide ou gaz. On envisagera aussi le cas où deux de ces états coexistent.
1 Descriptions microscopique et macroscopique de la matière
1.1 Les phases solide, liquide et gaz
a) Aspect macroscopique
La matière existe principalement dans trois états bien connus : solide, liquide et gaz. Ces
états, appelés aussi phases, sont caractérisés d’après l’expérience commune, de la manière
suivante :
• un solide a une forme propre et un volume propre invariables ;
• un liquide n’a pas de forme propre (il épouse la forme d’un récipient) mais il a un volume
propre invariable ;
• un gaz n’a ni volume propre, ni forme propre (il occupe tout le volume qui lui est offert).
Les phases solide et liquide ont des masses volumiques du même ordre de grandeur, 1000
fois supérieure à l’ordre de grandeur de la masse volumique d’un gaz (par exemple, la masse
volumique de l’eau vaut 1.10 3 kg·m −3 et la masse volumique de l’air dans les conditions
normales de température et de pression vaut 1,29 kg·m −3 ). Pour cette raison ces deux phases
sont appelées phases condensées.
Les phases liquide et gaz peuvent s’écouler ; elles sont appelées phases fluides. La phase gaz
est parfois appelée vapeur.
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La thermodynamique est une science née au XIXème siècle qui étudie les propriétés de la
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Ce chapitre présentera des modèles thermodynamiques simples pour un corps pur dans l’état
solide, liquide ou gaz. On envisagera aussi le cas où deux de ces états coexistent.
1 Descriptions microscopique et macroscopique de la matière
1.1 Les phases solide, liquide et gaz
a) Aspect macroscopique
La matière existe principalement dans trois états bien connus : solide, liquide et gaz. Ces
états, appelés aussi phases, sont caractérisés d’après l’expérience commune, de la manière
suivante :
• un solide a une forme propre et un volume propre invariables ;
• un liquide n’a pas de forme propre (il épouse la forme d’un récipient) mais il a un volume
propre invariable ;
• un gaz n’a ni volume propre, ni forme propre (il occupe tout le volume qui lui est offert).
Les phases solide et liquide ont des masses volumiques du même ordre de grandeur, 1000
fois supérieure à l’ordre de grandeur de la masse volumique d’un gaz (par exemple, la masse
volumique de l’eau vaut 1.10 3 kg·m −3 et la masse volumique de l’air dans les conditions
normales de température et de pression vaut 1,29 kg·m −3 ). Pour cette raison ces deux phases
sont appelées phases condensées.
Les phases liquide et gaz peuvent s’écouler ; elles sont appelées phases fluides. La phase gaz
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