T-03 Résumé

Résumé du chapitre III, Les gaz, partie A : Vers la notion de gaz parfait
Ce chapitre décrit le comportement des gaz lorsque leur pression est faible (quelques atmosphères).
Vocabulaire thermodynamique
Transformation thermodynamique : évolution d’un système d’un état d’équilibre appelé
conventionnellement état initial, à un deuxième état d’équilibre, appelé conventionnellement état final.
Source thermique : système thermodynamique dont la température est constante et qui peut échanger
de l’énergie sous forme de chaleur mais pas sous forme de travail avec le système étudié.
Transformation isotherme : au cours de l’évolution la température du système est constante.
Transformation monotherme : au cours de l’évolution le système échange de l’énergie sous forme de
chaleur avec une seule source thermique.
Transformation isobare : au cours de l’évolution la pression du système est constante.
Transformation monobare : au cours de l’évolution la pression extérieure effective est constante.
Transformation isochore : au cours de l’évolution le volume du système est constant.
Variables d’état : grandeurs physiques caractérisant l’état d’un système thermodynamique.
Variables d’état indépendantes : dans un ensemble de variables d’état indépendantes aucune d’entre
elles ne peut être exprimée en fonction des autres. C’est la nature du système qui impose leur nombre.
Fonction d’état : grandeur physique fonction de variables d’état indépendantes.
Description des gaz
Les gaz sont constitués de molécules animées de mouvements incessants (mouvement brownien).
Quantité n de gaz : quotient du nombre de molécules N par le nombre d’Avogadro : n = N/NA.
Equation d’état : relie le volume V, la pression p et la température t d’une masse donnée de gaz.
Volume molaire : Tous les gaz ont le même volume molaire Vm. Il est égal à 22,4 l.mol-1 dans les
conditions normales de température et de pression (en abrégé CNTP), 0 °C et 1,013. 105 Pa.
Le gaz parfait
Un gaz parfait est formé de molécules ponctuelles et qui n’interagissent pas.
Son équation d’état :
pV
nRT
ou
pV
Nk BT
T est la température absolue dont l’unité est le kelvin (K).
R = 8,314 J.K-1.mol-1 est la constante des gaz parfaits et kB = 1,38.10-23 J.K-1 celle de Boltzmann.
La température Celsius est définie par la relation t = T - 273,15 exactement.
Les lois
Loi d’Avogadro-Ampère : Des volumes égaux de gaz différents pris dans les mêmes conditions de
température et de pression renferment le même nombre de molécules.
Loi de Boyle-Mariotte : A température constante le produit pV reste constant.
Loi de Charles : A volume constant le quotient p/T reste constant.
Loi de Gay-Lussac : A pression constante le quotient V/T reste constant.
Interprétation des lois à l’échelle microscopique
Loi d’Avogadro-Ampère : Il y a beaucoup de vide entre les molécules.
Loi de Boyle-Mariotte : La pression varie comme la densité moléculaire.
La pression est due aux chocs des molécules sur les parois :
Loi de Charles : L’élévation de température fait croître l’agitation thermique, et donc la pression.
Loi de Gay-Lussac : L’augmentation de volume compense l’élévation de température.