Table des matières
1 Notions fondamentales
9
1.1 Notion d’énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
1.2 L’énergie mécanique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
1.3 Le travail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
1.4 La chaleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19
1.5 Le chaud et le froid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22
1.6 Un peu d’histoire : mesurer le degré de chaleur . . . . . . . . . . . . .
24
1.7 Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26
2 Les systèmes fermés
31
2.1 Pourquoi utiliser un système fermé ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
33
2.2 Conventions de comptabilité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34
2.3 Le premier principe dans un système fermé . . . . . . . . . . . . . . .
35
2.4 Quantifier le travail avec un système fermé . . . . . . . . . . . . . . .
36
2.5 Quantifier la chaleur avec un système fermé . . . . . . . . . . . . . .
50
2.6 Un peu d’histoire : le moteur compound . . . . . . . . . . . . . . . . .
51
2.7 Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
53
3 Les systèmes ouverts
59
3.1 Pourquoi utiliser un système ouvert ? . . . . . . . . . . . . . . . . . .
61
3.2 Conventions de comptabilité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
61
3.3 Le premier principe dans un système ouvert . . . . . . . . . . . . . .
62
3.4 Quantifier le travail avec un système ouvert . . . . . . . . . . . . . .
66
3.5 Quantifier la chaleur avec un système ouvert . . . . . . . . . . . . . .
73
3.6 Un peu d’histoire : degré et quantité de chaleur . . . . . . . . . . . . .
75
3.7 Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
76
4 Le gaz parfait
81
4.1 Définition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
83
4.2 Propriétés des gaz parfaits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
86
4.3 Énergie et température . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
89
4.4 Transformations élémentaires réversibles . . . . . . . . . . . . . . . .
93
4.5 Un peu d’histoire : les questionnements de Lavoisier et Laplace . . . . 106
4.6 Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
5 Liquides et vapeurs
115
5.1 Ébullition et liquéfaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
5.2 Description qualitative des propriétés de l’eau . . . . . . . . . . . . . 120
5.3 Quantification des propriétés de l’eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
5.4 Transformations élémentaires réversibles . . . . . . . . . . . . . . . . 133
5.5 Un peu d’histoire : le cheval-vapeur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
5.6 Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
6 Cycles thermodynamiques
151
6.1 Conventions graphiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
6.2 Transformer chaleur et travail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
6.3 Rendement des cycles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
6.4 Un peu d’histoire : le nombre de temps moteur . . . . . . . . . . . . . 165
6.5 Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168