Introduction à la thermodynamique

1. Introduction à la thermodynamique Branche de la physique et de la chimie liée à l'étude du comportement thermique des corps, à l'étude de l'énergie et de ses transformations.

2. Transferts thermiques

3. Transfert par mouvement circulaire de matière en raison de la présence d’une source chaude et d’une source froide. • Principal mode de transfert thermique dans les fluides (liquides et gaz) Convection

4. Transfert par vibration d’un support matériel autour d’une position d’équilibre, d’une source chaude vers une source froide. • Principal mode de transfert thermique dans les solides. Conduction

5. Transfert sous la forme d’une onde électromagnétique. • Unique mode de transfert possible dans le vide. Rayonnement

6. Aspect énergétique

7. « équivalent » microscopique de l’énergie mécanique • Energie cinétique : agitation thermique • Energie potentielle : énergie chimique, énergie de liaison Energie interne,U

8. « équivalent » microscopique de la variation de l’énergie mécanique • W : énergie transférée sous forme de travail • Q : énergie transférée sous forme de chaleur Premier principe de la thermodynamique

9. Quantité d’énergie transférée par unité de temps, mesurée en W. • Se fait toujours spontanément d’une source chaude vers une source froide Flux (ou puissance) thermique

10. Caractéristiques thermiques d’un matériau

11. Capacité d’un corps à transférer de l’énergie thermique. • Se mesure en W. m-1. K-1 • Conducteurs (métaux) : de 20 (titane) à 418 (argent) • Isolants : de 0,07 (carton) à 0,025 (mousse de polyuréthane) • Bois : entre 0,10 et 0,50 • Air : 0,0262 • Eau : 0,6 • Verre : 1,2 Conductivité thermique d’un corps, l

12. Capacité d’un matériau à s’opposer à un flux de chaleur, mesurée en K.W-1 • Plus la conductivité thermique d’un corps est basse, plus sa résistance thermique pourra être élevée. • Plus la résistance thermique d’un corps est élevée, moins il est bon conducteur thermique Résistance thermique

13. Quantité d’énergie à apporter à un corps par transfert thermique pour élever sa température de 1K • Se mesure en J.kg-1.K-1 • Eau liquide : 4,18.103 • Eau solide : 2,06.103 • Eau vapeur : 1,85.103 Capacité thermique d’un corps, cm

14. Au cours du changement d’état d’un corps, toute l’énergie échangée avec le milieu extérieur concerne le changement d’état. La température du corps reste donc constante. • Solidification, liquéfaction, condensation: énergie libérée par le corps • Fusion, vaporisation, sublimation : énergie absorbée par le corps Changements d’état

15. Energie échangée par un corps avec le milieu extérieur par transfert thermique au cours de son changement d’état • Molaire (par mole) ou massique (par kg) Lfusion(eau) = 334 kJ/kg-1 Chaleur latente de changement d’état, L

16. Machines thermiques Mécanisme permettant d’effectuer un travail à l’aide de sources de chaleur de températures différentes. C’est le désir de mettre en équation les machines thermiques qui est à l’origine de la thermodynamique (Carnot)

17. Source chaude Q>0 Moteur W<0 Source froide Q<0 Moteur thermique

18. Source chaude Q>0 Pompe à chaleur W>0 Source froide Q<0 Pompe à chaleur