Licence L1 BGPC Année 2012-2013 Thermodynamique et applications à la biophysique http://www.edu.upmc.fr/physique/lp105/index.htm. 21h CM, 27h TD, 12h TP, colles Equipe enseignante : S. Cohen-Addad (cours) G. Batôt, J. Grücker (TD, TP, colles) Introduction : Pour qui, pour quoi la thermodynamique ? Chapitre 1 : 1er principe de la thermodynamique I Transformations d’un système II Travail apporté au système par le milieu extérieur 1) Définition 2) Exemples : traction sur une barre, compression et dilatation des fluides 3) Rappels sur les gaz parfaits III Chaleur échangée entre le système et le milieu extérieur 1) Absorption de la chaleur par les solides et les liquides 2) Capacité calorifique des gaz 3) Chaleur latente de changement d’état IV Premier principe 1) Energie interne 2) 1er principe 3) Application aux transformations isochore, isobare, adiabatique, cyclique 4) Energie interne et enthalpie d’un gaz parfait 5) Détente de Joule Chapitre 2 : 2nd principe de la thermodynamique I Processus spontanés et irréversibilité 1) Processus spontanés 2) Ordre / désordre / entropie nd II 2 principe 1) Enoncé 2) Identité thermodynamique III Relation entre chaleur et entropie 1) Transformation réversible 2) Transformation irréversible 3) Exemple : La chaleur se transfère spontanément du chaud vers le froid Chapitre 3 : Machines thermiques I Définition II Inégalité de Clausius III Performances des machines thermiques IV Cycle de Carnot Chapitre 4 : Phénomènes de surface : mouillage et capillarité I Introduction : exemples en biologie végétale ou animale II Condition d’équilibre d’un système couplé au milieu extérieur 1 1) 2) 3) 4) Système isolé. Entropie maximale Système à T et V constants. Energie libre Système à S et P constants. Enthalpie Système couplé à un réservoir de pression et de température. Enthalpie libre de Gibbs 5) Système à S et V constants. Energie interne III Tension de surface 1) Le moteur de la capillarité 2) Energie de surface 3) Les tensioactifs IV Loi de Laplace 1) Saut de pression 2) Bulles et mousses V Mouillage 1) Etalement ou pas ? 2) Angle de contact, relation de Young 3) Gravité contre capillarité : longueur capillaire 4) Ménisques Chapitre 5 : Changements de phases I Introduction II Potentiel chimique 1) Définition 2) Potentiel chimique d’un gaz 3) Potentiel chimique d’un liquide ou d’un solide III Changements d’état des corps purs 1) Définitions 2) Isothermes d’Andrews 3) Exemples de diagramme de phase : CO2, H2O 4) Chaleur latente de transition 5) Condition d’équilibre d’un corps pur sous deux phases 6) Relation de Clapeyron Chapitre 6 : Diffusion et osmose I Diffusion moléculaire 1) Constats expérimentaux 2) Marche aléatoire, mouvement Brownien II Flux diffusif de particules 1) Flux et courant de diffusion 2) Equation de conservation 3) Première loi de Fick 4) Deuxième loi de Fick III Transport à travers les membranes semi-perméables 1) Osmose, loi de Van’t Hoff 2) Turgescence, hémolyse 3) Osmorégulation : poissons, mangrove, salicorne, etc. 2 C Travaux Pratiques 1) Tension de surface 2) Changement d’état 3) Diffusion à travers une membrane Références bibliographiques Introduction à la thermodynamique C. Lhuillier, J. Rous, Edition Dunod (1994) Physique pour les sciences de la vie. 2. La matière A. Bouyssy, M. Davier, B. Gatty, Edition Belin (1998) Fundamentals of Physics D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Edition Wiley (1993) Bulles, gouttes, perles et ondes P.-G. de Gennes, F. Brochard, D. Quéré, Edition Belin (2005) 3