Avant-propos

Table des matières

Chapitre 1 : Généralités sur la Thermodynamique

1. Physique des milieux continus et Physique des particules
2. Systèmes. Variables détat. Etat déquilibre. Equations détat.
3. Transformations dun système

Chapitre 2 : La variable d'état Pression

1. Pression dans un fluide au repos (en équilibre dans un référentiel galiléen)
1.1. Etude expérimentale dans le champ de pesanteur
1.2. Définition de la pression dans un fluide
1.3. Remarque
1.4. Relation locale traduisant léquilibre dun fluide dans un référentiel galiléen
2. Cas dun fluide au repos dans un référentiel galiléen soumis au champ de pesanteur. Principe de lhydrostatique.
2.1. Surface de séparation entre deux fluides non miscibles au repos
2.2. Fluide incompressible (liquide)
2.3. Fluide compressible (gaz)

Exercices sur la mesure des pressions dans les fluides

Chapitre 3 : La variable d'état Température

1. Principe de Thermométrie (ou Principe 0 de la Thermodynamique)
2. Echelles de température. Echelle légale
2.1. Thermométrie et grandeur thermométrique
2.2. Faits expérimentaux
2.3. Echelle légale de température
2.4. Autres échelles de température
3. La mesure des températures
3.1. Points fixes fondamentaux
3.2. Les thermomètres
3.3. Thermométrie

Chapitre 4 : Structure de la matière

1. Introduction : gaz, liquide, solide
2. Lhypothèse atomique (ou moléculaire)
3. Les deux états de la matière : l'état désordonné et l'état ordonné
3.1. Les états désordonnés
3.1.1. Le Gaz
3.1.1.1. Agitation au niveau microscopique
3.1.1.2. Interprétation microscopique de la pression
3.1.1.3. Mélange idéal de gaz parfaits
3.1.1.4. Facteur de Boltzmann. Raréfaction de l'air
3.1.1.5. Température cinétique. Equipartition de l'énergie. Energie dun gaz parfait
3.1.2. Le liquide
3.1.3. Le solide amorphe
3.2. L'état ordonné : le solide cristallisé
4. Changements de phases (détat) 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

Quiz : pression, structure de la matière

Tests d'apprentissage : pression, température, interprétations microscopiques, équipartition de l'énergie

Chapitre 5 : Détermination expérimentale des équations d'état

Exercices sur les équations d'état

Tests d'apprentissage : équation d'état

Chapitre 6 : 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
Annexe : quelques rappels simples de Mécanique

Chapitre 7 : 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 (Lord Kelvin)
3. Les causes dirréversibilité

Chapitre 8 : Détermination des fonctions d'état associées à un système homogène, sous une phase, en équilibre

1. Variables intensives et extensives
2. Travail des forces de pression extérieure
3. Expressions de la quantité de chaleur dQ ; coefficients calorimétriques
3.1. Relations entre les coefficients calorimétriques
3.2. Conséquences mathématiques des premier et second principes
3.3. Détermination des fonctions détat U, H et S
3.4. Exemple de calcul des fonctions d'état U, H et S : le gaz parfait
4. Mesure des capacités calorifiques
4.1. Méthodes de mesure pour les solides, les liquides
4.2. Méthodes de mesure pour les gaz
4.3. Résultats

Exercices sur les fonctions d'état

Tests d'apprentissage : connaissances de base en Thermodynamique

Exercices sur les gaz parfaits

Quiz : gaz parfaits

Transformation isotherme réversible
Transformation isotherme irréversible
Transformation isochore réversible
Transformation isochore irréversible
Transformation isobare réversible
Transformation isobare irréversible
Transformation adiabatique réversible
Transformation adiabatique irréversible

Exercices sur les corps réels

Chapitre 9 : Etude thermodynamique des changements de phases des corps purs

1. Définition de la chaleur latente de changement de phase (détat) dun corps pur
2. Etude énergétique
2.1. Définition du titre. Règle du levier.
2.2. Relations de Clapeyron
3. Etablissement des bases de données sur les fonctions d'état
4. Mesure des chaleurs latentes
4.1. Dispositifs expérimentaux
4.2. Résultats

Exercices sur les changements de phases

Chapitre 10 : 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 - fonctionnant suivant un cycle de Carnot
3.3. Les moteurs à combustion interne

Exercices sur les machines thermiques

Quiz : Machines thermiques

Moteurs thermiques
Locomotive à vapeur
Turbine à vapeur
Moteur à combustion
Machine frigorifique

Tests d'apprentissage : machines thermiques

Annexe : Outils de calcul pour Sciences Physiques

0. Calcul des dérivées
1. Développements en série de puissance
2. Calcul des expressions indéterminées
3. Calcul différentiel
4. Différentielles dordre supérieur
5. Différentielles des fonctions de plusieurs variables indépendantes
6. Calcul intégral
7. Equations différentielles
8. Les différents repères
9. Eléments d'analyse vectorielle
10. Analyse de Fourier

Annexe : Méthodes d'intégration

1. Primitives usuelles
2. Méthodes d'intégration
2.1. Méthode immédiate
2.2. Intégration par changement de variable
2.3. Intégration par parties
3. Intégration des fonctions trigonométriques
3.1. Méthode générale
3.2. Autres méthodes
4. Intégration des fonctions rationnelles de exp(ax)

Annexe : la loi de distribution des vitesses de Maxwell

1. Fonction de distribution du vecteur vitesse
2. Fonction de distribution du module de vitesse
3. Calcul dune valeur moyenne
4. Retour sur la loi de distribution des vitesses
5. Pression dun gaz parfait
6. Le facteur de Boltzmann
Intégrales

Annexe : les particules de base de la matière

1. Lhypothèse atomique (ou moléculaire)
2. La particule de base
2.1. L'atome
2.2. Les particules de base

Annexe : Statique des fluides

1. Pression dans un fluide au repos (en équilibre dans un référentiel galiléen)
1.1. Etude expérimentale dans le champ de pesanteur
1.2. Définition de la pression dans un fluide
1.3. Relation locale traduisant léquilibre dun fluide dans un référentiel galiléen
2. Cas dun fluide au repos dans le champ de pesanteur
2.1. Surface de séparation entre deux fluides non miscibles au repos
2.2. Fluide incompressible (liquide)
2.3. Fluide compressible (gaz)
2.4. Théorème dArchimède et corps flottants
3. Relation locale traduisant léquilibre dun fluide dans un référentiel non galiléen
4. Phénomènes de tension superficielle
4.1. Tension superficielle
4.2. Loi de Laplace
4.3. Capillarité. Loi de Jurin
4.4. Mesure des tensions superficielles
Exercices-type