Avant-propos

Table des matières

Chapitre 1 : Généralités sur la Thermodynamique. Statique des fluides.Thermométrie. Gaz parfait

    1. Physique des milieux continus et Thermodynamique
        1.1. Systèmes. Variables détat. Etat déquilibre. Equations détat
        1.2. Transformations dun système
    2. Statique des fluides
        2.1. Pression dans un fluide au repos
        2.2. Cas dun fluide au repos dans un champ de pesanteur
        2.3. Relation locale dans un référentiel non galiléen
        2.4. Phénomènes de tension superficielle
    3. Température et équation détat des gaz parfaits
        3.1. Principe de Thermométrie
        3.2. Echelles de température. Echelle légale
        3.3. La mesure des températures
    4. Applications simples de léquation détat des gaz parfaits
        4.1. Un gaz parfait obéit aux lois de Gay-Lussac et de Charles
        4.2. Un gaz qui obéit aux lois de Gay-Lussac et de Charles est un gaz parfait
        4.3. Mélange idéal de gaz parfaits
        4.4. Autre écriture de léquation détat des gaz parfaits
        4.5. Masse volumique et densité des gaz parfaits

Exercices de statique des fluides

Exercices sur les équations d'état

Chapitre 2 : Structure de la matière

    1. Introduction : gaz, liquide, solide
    2.Les particules de base de la matière
        2.1. Lhypothèse atomique (ou moléculaire)
        2.2. La particule de base
    3. Les deux états de la matière : létat désordonné et létat ordonné
        3.1. Létat désordonné
            3.1.1. Agitation au niveau microscopique
            3.1.2. Interprétation microscopique de la pression
            3.1.3. Facteur de Boltzmann. Raréfaction de lair
            3.1.4. Température cinétique. Equipartition de lénergie
            3.1.5. Du gaz comprimé au liquide
            3.1.6. Agitation thermique dans les liquides. Viscosité des liquides
        3.2. Létat ordonné : le solide cristallisé
    4. Changements de phases des corps purs
        4.1. Introduction
        4.2. Observation courante
        4.3. Equilibre liquide-vapeur
        4.4. Equilibre liquide-solide, équilibre solide-gaz
        4.5. Remarque

Annexe : la loi de distribution des vitesses de Maxwell

Chapitre 3 : Les Premier et Second Principes

Le Premier Principe

    1. Notion de conservation de lénergie
    2. Premier Principe de la Thermodynamique
        2.1. Modification de létat dun système
        2.2. Principe déquivalence
        2.3. Energie interne
        2.4. Premier Principe de la Thermodynamique pour un système fermé
    3. Mécanique et Thermodynamique. Principe de conservation de lénergie

Le Second Principe

    1. Le Second Principe pour un système fermé
        1.1. Enoncé
        1.2. Entropie dun système isolé fermé
        1.3. Remarques
        1.4. Conséquences mathématiques des premier et second principes
    2. Les énoncés historiques de Clausius et Thomson
        2.1. Enoncé de Clausius
        2.2. Enoncé de Thomson
    3. Les causes dirréversibilité

Annexe : quelques rappels simples de Mécanique

Chapitre 4 : Transferts dénergie et bilans énergétiques

    1. Variables intensives et extensives
    2. Travail des forces de pression extérieure
    3. Chaleur sensible. Chaleur latente
        3.1. Chaleur sensible. Capacités calorifiques
        3.2. Chaleur latente de changement de phase dun corps pur
        3.3. Remarques
    4. Etude énergétique du gaz parfait
        4.1. Fonctions détat
        4.2. Etude de quelques transformations pour un système fermé
    5. Transferts thermiques (transferts de chaleur ou dénergie calorifique)
        5.1. Conduction de la chaleur
        5.2. Echanges de chaleur à la frontière dun solide
    6. Bilans énergétiques simples faisant intervenir les transferts thermiques
        6.1. Paroi solide inerte déchangeur en régime permanent
        6.2. Bilans énergétiques pour un solide en régime transitoire
        6.3. Bilan énergétique pour un fluide en écoulement permanent

Exercices sur les transferts et bilans énergétiques

Chapitre 5 : Considérations sur les machines thermiques

    1. Considérations théoriques sur les machines dithermes
        1.1. Les moteurs
        1.2. Les appareils frigorifiques et les pompes à chaleur
    2. Lénergie dans le monde contemporain
        2.1. Les sources dénergie
        2.2. Bilan énergétique
        2.3. Les limites du Professeur de Science
    3. Quelques données techniques sur la réalisation des machines
        3.1. Le moteur à vapeur deau fonctionnant suivant un cycle de Carnot
        3.2. Appareil frigorifique ou pompe à chaleur
        3.3. Les moteurs à combustion interne

Exercices sur les machines thermiques

Chapitre 6 : Notions simples sur les systèmes ouverts

    1. Premier principe de la Thermodynamique pour un système ouvert
    2. Application à lécoulement des fluides
        2.1. Description du fluide en mouvement
        2.2. Bilan énergétique
        2.3. Théorème dEuler. Résultante des forces sur un fluide

Exercices sur les systèmes ouverts et l'écoulement des fluides

Chapitre 7 : Propriétés de la matière

Les caractéristiques thermodynamiques des corps homogènes

    1. Expressions de la quantité de chaleur dQ ; coefficients calorimétriques
    2. Conséquences mathématiques des premier et second principes
    3. Détermination des fonctions détat
        3.1. Tables de données thermodynamiques
        3.2. Exemple : le gaz parfait

Etude thermodynamique des changements de phase

    1. Etude énergétique des vapeurs saturantes
    2. Relations de Clapeyron

Exercices sur les propriétés de la matière et thermodynamique des corps réels

Annexe 1 : Détermination expérimentale des caractéristiques thermodynamiques

    1. Détermination expérimentale des coefficients thermoélastiques et des équations détat
        1.1. Cas des solides et des liquides
        1.2. Cas des gaz

    2. Calorimétrie
        2.1. Mesure des capacités calorifiques
        2.2. Chaleurs latentes de changement de phase

Annexe 2 : Eléments de Mathématiques

    1. Développements en série
    2. Calcul des expressions indéterminées
    3. Calcul différentiel
    4. Différentielles dordre supérieur
    5. Différentielles de fonctions de plusieurs variables
    6. Calcul intégral
    7. Eléments danalyse vectorielle

Annexe 3 : Problèmes d'examens

Annexe 4 : Tests d'apprentissage