POINTS SUR LES THEORIES DE BASE EN THERMODYNAMIQUE

POINTS SUR LES THEORIES DE BASE EN THERMODYNAMIQUE

La thermodynamique est la science qui étudie, à l’origine, les interactions (échanges) chaleur/ travail sur un corps, c’est-à-dire le déplacement des corps (dynamique) soumis à la chaleur (thermo) : moteurs thermiques par exemple ou, inversement, qui étudie la chaleur captée ou rejetée par un corps soumis à une déformation ou un déplacement (réfrigérateurs par exemple).

QUELQUES NOTIONS

La chaleur

La chaleur représente une forme d’énergie ; en fournissant une quantité de chaleur [Q], nous pouvons obtenir un travail. L’unité de chaleur est désignée par Joule calorifique [J]. En thermodynamique, la chaleur reçue par un système (corps ou ensemble de corps isolés par la pensée du milieu environnant) sera comptée positivement, une chaleur cédée sera comptée négativement.

Sources de chaleur

On définit une source de chaleur comme étant un système capable de fournir ou d’absorber de la chaleur tout en restant à température constante: cela nécessite une grande capacité calorifique (atmosphère, océans, rivières) ou un changement d’état. Dans le cas des systèmes dithermes, on distingue la source chaude de température T1 et la source froide de température T2: La source chaude est toujours la source à la température la plus élevée T1 > T2. 

Chaleur massique et chaleur latente

La chaleur massique ou chaleur spécifique est la quantité de chaleur nécessaire pour élever de 1°C la température de l’unité de masse d’un corps. Cette quantité de chaleur est exprimée en [J/°K.Kg]. La chaleur latente est la quantité de chaleur que doit perdre ou gagner le corps pour changer de phase et non pour augmenter sa température. Un changement de phase s’effectue toujours à température constante (et pression constante aussi d’ailleurs). 

Travail

Le travail (W) est une autre forme d’énergie que la chaleur, c’est l’énergie qui intervient dès qu’il y a mouvement ou déformation d’un corps. L’unité de mesure est en Joule [J] En prenant un exemple : Travail de la force de pression. La pression d’un gaz sera à l’origine du travail effectué par le gaz, ce qui aboutira au déplacement d’un piston (moteurs thermiques). Supposons avoir un cylindre muni d’un piston et rempli de gaz. Appliquons une pression extérieure Pext sur le piston, en admettant que le déplacement est suffisamment lent pour avoir la pression P du gaz égale à la pression Pext, on démontre facilement que le travail reçu par le gaz au cours de la transformation est :

Gaz parfait G.P (ou gaz simple)

Equation d’état On a dit que l’état d’un gaz est décrit par la donnée de 3 paramètres : pression P, volume V et température T que l’on nomme « variables d’état ». Ces 3 variables thermodynamiques sont liées par la relation caractéristique, dite « équation d’état », suivante : PV n R T . . . = (2-1) Avec : n est la quantité de matière [mol] R est la constante de gaz parfaits 1 1 8,31434 0.00035 . . J K mol − − ≈ ±     1 mole de gaz contient 23 ≈ ± 6,02252 0.00009.10 molécules de gaz Cette relation est indépendante de la nature de gaz : elle est pour l’O2, le CO2, l’hélium etc.… Dans la pratique, on utilise souvent la masse d’un gaz au lieu de sa quantité de matière. Dans ce cas, l’équation du gaz (puisqu’elle dépend alors de la nature du gaz étudié).