I. DESCRIPTION D'UN SYSTÈME THERMODYNAMIQUE 1.Pression dans un fluide La pression en un point d'un fluide au repos est un scalaire défini comme la force par unité de surface qu'exercent ses molécules sur une surface contenant ce point (paroi du système ou surface fictive dans le fluide). Unité : le pascal (Pa), unité usuelle : le bar (1 bar = 105 Pa) Définition cinétique de la pression dans un GPM : la pression est proportionnelle v*2 où v* est la vitesse quadratique moyenne des atomes, donc à leur énergie cinétique moyenne. La définition est conservée pour un GP quelconque mais v* est la vitesse quadratique moyenne de translation des molécules. p est une grandeur intensive (une grandeur est intensive si elle a la même valeur en tout point d'un système homogène) 2. Température Principe zéro de la thermodynamique : si deux systèmes sont en équilibre thermique avec un troisième, ils sont en équilibre thermique entre eux. Ces systèmes sont dits à la même température. Température absolue : Le thermomètre est une masse donnée d'un gaz quelconque. La grandeur thermométrique est la limite aux très faibles pressions du produit pV à température fixée. Elle est indépendante du gaz utilisé ! Le rapport des grandeurs thermométriques est égale aux rapport des températures absolues T correspondantes. La température de référence permet de définir l'unité : le kelvin (K). C'est la température du point triple de l'eau : on choisit Tréf = 273,16 K. Définition cinétique de la température dans un GPM : L'énergie cinétique d'un atome est proportionnelle à sa température cinétique T. La définition est conservée pour un GP quelconque avec l'énergie cinétique de translation des molécules. Echelle celcius : t = T -273,15 T est une grandeur intensive. 3. Equation d'état des fluides Le système considéré est formé d'une masse donnée d'un corps pur dans l'état gazeux ou liquide. L'équation d'état est une relation entre pression, volume et température. a. GP Équation d'état du GP : pV=nRT On la démontre en utilisant les définitions cinétiques de T et p : on égale deux expressions de l'énergie cinétique du gaz parfait. b. Gaz réels On utilise souvent l'équation d'état de Van der Waals pour décrire les gaz réels car elle tient compte des défauts du gaz réel par rapport au gaz parfait : interactions entre molécules et volume des molécules. c. Coefficients thermoélastiques Coefficient de dilatation isobare α : il indique comment varie V quand on augmente T à p fixée. α >0 car sauf exception (eau entre 0 et 4 °C) V augmente si on augmente T à p fixée. Coefficient de compressibilité isotherme ΧT : il indique comment varie V quand on augmente p à T fixée. ΧT>0 car V diminue si on augmente p à T fixée. Ordres de grandeur pour un gaz : α et ΧT sont proches des valeurs calculées pour un GP soit α=1/T et ΧT=1/p. d. Phases condensées Les liquides et les solides sont peu dilatables et peu compressibles d'où un modèle souvent utilisé en thermodynamique : modèle du fluide indilatable et incompressible donc de volume constant.
