plan cours LP105 2012-2013

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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
II 2nd 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

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1) Système isolé. Entropie maximale
2) Système à T et V constants. Energie libre
3) Système à S et P constants. Enthalpie
4) 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.
C

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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)