1.Vocabulaire de la thermodynamique

Thermodynamique - Chapitre 1
Vocabulaire de la thermodynamique
Vocabulaire de la Thermodynamique
LES CONNAISSANCES
1 - Système et milieu extérieur
•
•
Un système est une partie de l’univers, constituée par
un corps ou un ensemble de corps, limitée par une
surface frontière Σ , fictive ou réelle.
Surface Σ
Le reste de l’univers constitue le milieu extérieur.
Remarque :
Σ est une surface et non pas un objet matériel
séparant deux parties de l’univers. Si par exemple on
envisage un ballon de baudruche, deux situations
peuvent être envisagées :
Système
Milieu extérieur
Σ est la surface intérieure de la membrane
constituant le ballon, le système étant alors le gaz qu’il contient et l’extérieur étant la
membrane (et l’air extérieur).
Σ est la surface extérieure de la membrane, le système étant alors la membrane ainsi
que son contenu et l’extérieur étant l’atmosphère.
2 - Système ouvert, fermé, isolé
Définitions :
•
Un système est ouvert lorsqu’il peut échanger de la matière avec le milieu extérieur
(une fusée est un système ouvert puisqu’elle éjecte des gaz).
•
Un système est fermé lorsqu’il ne peut pas échanger de matière mais seulement de
l’énergie avec le milieu extérieur (un ballon aux parois imperméables est un système
fermé). Un tel système est de masse constante.
•
Un système est isolé lorsqu’il ne peut échanger ni matière ni énergie avec le milieu
extérieur (l’univers est un système isolé).
Convention de signe pour les échanges :
Elle est dite « convention du système égoïste » : Tout ce qui est reçu par le système est
compté positivement et tout ce qui est cédé est compté négativement.
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Remarque : Cette convention de signe est cohérente avec celle des travaux des forces en
mécanique. Un travail moteur, correspondant à un transfert d’énergie reçue par le système,
est bien positif ; un travail résistant, correspondant à un transfert d’énergie cédée par le
système, est négatif.
3 - Variables d’état d’un système
Définitions :
•
Les variables d’état d’un système sont les paramètres permettant de décrire son état
macroscopique.
Exemples : La masse, la température, la pression, le volume, la charge électrique, la
masse volumique...
•
Les variables d’état proportionnelles à la quantité de matière du système sont dites
extensives.
Exemples : La masse, le volume, la charge électrique...
Ces variables sont définies pour le système dans son ensemble. Elles sont additives :
Ve (syst1 U syst 2 ) = Ve (syst1) + Ve (syst 2 ) .
•
Les variables d’état indépendantes de la quantité de matière du système sont dites
intensives.
Exemples : La température, la pression, la masse volumique...
Ces variables sont définies en chaque point du système et sont dites locales. Ce sont
donc des fonctions des variables de position ( x, y, z, en coordonnées cartésiennes, par
exemple).
Lorsque toutes les variables intensives sont uniformes dans le système, celui-ci est dit
homogène. Dans le cas contraire, il est dit hétérogène.
Equation d’état :
C’est une équation liant les variables d’état non indépendantes.
Exemples : PV = nRT pour un gaz parfait de n moles ; q = CU pour un condensateur de
capacité C , T = k
l − l0
pour un ressort de raideur k ...
4 - Coefficients thermoélastiques
Pour un système décrit par une équation d’état liant volume, pression et température (notée
f (P,V ,T ) = 0 ), on définit les coefficients thermoélastiques positifs suivants :
•
Coefficient de dilatation isobare : α =
1  ∂V 

 .
V  ∂T  P
α mesure l’augmentation de volume lors d’un échauffement d’un Kelvin sous pression
constante, pour une unité de volume.
Unité : [α ] = K −1 .
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•
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Coefficient d’accroissement de pression isochore : β =
1  ∂P 

 .
P  ∂T  V
β mesure l’augmentation relative de pression lors d’un échauffement d’un Kelvin à
volume constant.
Unité : [β] = K −1 .
•
Coefficient de compressibilité isotherme : χT = −
1  ∂V 

 .
V  ∂P  T
χT mesure la diminution de volume par compression d’un Pascal à température
constante, pour une unité de volume.
Unité : [χT ] = Pa −1 .
5 - Equilibre d’un système
Un système est en équilibre thermodynamique dans un référentiel lorsque :
il est immobile dans ce référentiel ;
toutes ses variables d’état sont constantes au cours du temps, sans échange ni de
matière ni d’énergie avec l’extérieur.
Remarque : L’équilibre thermodynamique contient en particulier les notions d’équilibre
mécanique (pression constante) et d’équilibre thermique (température constante).
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