La thermodynamique au lycée

La thermodynamique au lycée
sebastien.pon[email protected]
thermodynamique
Therme: chaleur Dynamis: mouvement
Thermodynamique = étude de la dynamique des systèmes
thermomécaniques, ie l’étude d’un système au cours de son évolution en
fonction des échanges d’énergies mécanique (travail) et thermique
(chaleur) avec le milieu extérieur au système.
Notions abordées au lycée à partir de la 2
nde
en physique et en chimie.

Sommaire
En seconde
1- la mole et la concentration molaire
2- la masse molaire moléculaire
3- la pression
4- les lois des gaz
En première et terminale STI2D ou S
5- les 3 phases de la matière
6- L'énergie cinétique, l'énergie potentielle de pesanteur et l’énergie mécanique
7- Actions, couples de force et mouvements
8- Énergie thermique, température et changement d'état
9- L’énergie électrique
10- Les chaînes énergétiques
En première et terminale S uniquement
11- Les différents modes de transfert thermique
12- Notion de système
13- Énergie interne
14- Principe de conservation d’énergie

Chimie: Solutions et concentrations (Santé - Chapitre 6 ) et Solutions et dilution (Sport - Chapitre 3)
1- La mole et la concentration molaire
Qu'est-ce qu'une mole ?
La mole est une unité de quantité qui correspond à 6,02 x 10
23
éléments.
Par exemples:
- Une mole d'atomes d'hydrogène correspond à 6.02x10
23
atomes d'hydrogène.
- Deux moles de molécules d'eau correspond à 2x6.02x10
23
molécules d'eau.
- Une demi mole de nucléons correspond à 0,5 x 6,02 x10
23
c'est à dire 3,01 x 10
23
nucléons.
Lorsque la mole est utilisée comme unité son symbole est mol et on la note avec la lettre n.
Par exemple pour indique qu'il y a 2 mole de molécule dans une substance on peut écrire n = 2
mol
Pourquoi utiliser la mole ?
La mole est une unité qui permet d'exprimer des quantités de manière adaptée à l'échelle
humaine.
Par exemple la masse d'une mole d'atome de carbone est de 12 grammes.
La masse d'une mole de molécule d'eau est de 20 grammes.
Remarque: on pourrait utiliser la mole pour exprimer n'importe quelle quantité mais en dehors
du domaine des particules microscopiques, cet usage ne serait pas pertinent.

La quantité de matière se donne soit en unité de masse (kg) soit en nombre de mole (mol).
Comment exprimer une quantité de matière en mole ?
Le nombre d'Avogadro (noté N
A
) correspond au nombre d'éléments dans une mole:
N
A
= 6.02 x 10
23
mol
-1
.
Il peut être utilisé pour exprimer un nombre d'éléments (atomes ou molécules) noté N en une
quantité en mole notée n à l'aide de la relation:
n = N / N
A
avec N sans unité, N
A
en mol
-1
et n en mol.
Exemple:
Si un liquide contient 5,418 x 10
24
molécules d'eau alors on note N = 5,418 x 10
24
et le nombre
de moles n peut être calculé à l'aide de la relation précédente:
n = 5,418 x 10
24
/ (6,02 x 10
23
) = 9 mol
Calculer une concentration molaire
La concentration molaire permet d'exprimer la proportion de soluté dissous dans l'eau. Pour
calculer la concentration molaire (notée c) d'une solution aqueuse de volume V et comportant
une quantité n de soluté, il suffit d'effectuer le rapport de la quantité de matière par le volume
ce qui peut se traduire par la relation suivante:
c = n / V
avec n en mole (mol), V en litre (L) et c en mole par litre ( mol/L).

n
m
M=
2- La masse molaire moléculaire
Chimie: Solutions et concentrations (Santé - Chapitre 6 ) et Solutions et dilution (Sport - Chapitre 3)
Définition et calcul de la masse molaire
Par définition la masse molaire d'une substance correspond à la masse d'une mole de
cette substance.
La masse molaire se note M et s'exprime en gramme par mole (g/mol)
La masse molaire peut être calculée en effectuant le rapport de masse (m) d'une substance
par la quantité de matière (n) qu'elle comporte :
La masse molaire moléculaire
Il s'agit de la masse d'une mole de molécules.
Pour calculer la masse molaire moléculaire, il faut ajouter la masse molaire atomique de
tous les atomes qui composent une molécule. Il suffit d'utiliser la formule chimique de la
molécule pour obtenir sa composition.
Exemples:
- Masse molaire moléculaire de l'eau:
La formule de la molécule d'eau est H
2
O donc elle comporte deux atomes d'hydrogène et un
atome d'oxygène. Donc M(H
2
O) = 2 x M(H) + M(O) = 2 x 1 + 16 = 18 g/mol
- Masse molaire moléculaire de l'éthanol:
La formule de la molécule de l’éthanol est C
2
H
6
O donc elle comporte deux atomes de
carbone, 6 atomes d'hydrogène et un atome d'oxygène.
Donc M(C
2
H
6
O) = 2 x M(C) + 6 x M(H) + M(O) = 2 x 12 + 6 x 1 + 16 = 36 g/mol
M(He)=4 g/mol,
M(N)=14 g/mol