Thermodynamique - 1 Ouvrages de référence

Thermodynamique - 1
P. Damman
Lab Interfaces & Fluides Complexes
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Ouvrages de r´ef´erence
IThermodynamics and Statistical Mechanics,(1`erepartie)W.
Greiner
IA modern Course in Statistical Physics,(1`erepartie)L.E.
Reichl
IIntroduction to modern statistical mechanics, (chap. 1, 2) D.
Chandler
I(moins bon mais ...) Thermodynamique, des moteurs
thermiques aux structures dissipatives, I. Prigogine, D.
Kondepudi
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Outline
1. Introduction
2. Principe 0
3. Premier Principe
4. Applications du premier Principe
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1. Introduction - Un peu d’histoire !
M´ecanique
INewton (1643 - 1727)
ILagrange (1736-1813)
ILaplace (1749 - 1827)
IHamilton (1805 - 1865)
Succ`es fantastique !
Machine `a vapeur
Newcomen (1712)
Succ`es technologique - r´evolution
industrielle !
Thermodynamique (Clausius
1850) 4/42

Pourquoi un d´eveloppement si tardif, alors que ... ?
La m´ecanique est (parfois) en d´esaccord avec l’exp´erience !
Les ´equations de la m´ecanique sont r´eversibles alors que de
nombreux processus sont irr´eversibles !
Exemple. Pendule (¨ ✓+K✓=0versus ¨ ✓+f˙ ✓+K✓=0)
Ph´enom`enes irr´eversibles; Newton: Viscosit´e des fluides, Coulomb:
frottement, Fourier: di↵usion de la chaleur, ...
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Il a fallu faire face `a un gros probl`eme : Qu’est-ce que la chaleur ?
d´ebut: ⇠1600 - fin: 1845 On the mechanical equivalent of heat, Joule
⇠1600 R. Descartes et F. Bacon
“Heat itself is motion and
nothing else”
⇠1650 Johann Joachim Becher
Phlogistique (combustion = perte
de masse, chaleur= fluide)
1750 J. Black, 1780 A.L. de Lavoisier
Abandon du Phlogistique (certains corps
augmentent leur masse en brulant ! ex. Mg)
Th´eorie du calorique : La chaleur est un fluide
(sans masse !) qui s’´ecoule des corps chauds vers
les corps froids
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1761 J. Black
Di↵´erence entre temp´erature et Chaleur
Mesure les Chaleurs sp´ecifiques, chaleurs latentes,
conservation de la chaleur, changement d’´etat `a T
constante
1798 B. Thomson (Baron
Rumford)
Equivalence chaleur et ´energie
1824 L. Sadi Carnot, in R´eflexions sur la puissance
motrice du feu
“La production de travail ... est li´ee au transport d’une
quantit´e calorique du foyer vers le r´efrig´erant”
Cycle de Carnot
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1843 J. Joule
Equivalence chaleur et ´energie
1845 J.R. von Mayer
Premier principe, conservation de l’´energie
1850 R. Clausius
Entropie, Second principe de la thermodynamique,
irr´eversibilit´e
“la direction naturelle suivant laquelle l’´energie se
redistribue irr´eversiblement”
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Temp´erature d’un gaz - Th´eorie cin´etique
back to Bacon et Descartes !
Explique le comportement
macroscopique d’un gaz `a partir des
mouvements des particules qui le
composent.
Itemp´erature : mesure de
l’agitation des particules, plus
pr´ecis´ement de leur ´energie
cin´etique ;
Ipression : la pression exerc´ee
par un gaz sur une paroi r´esulte
des chocs des particules.
ICoefficients de transport:
viscosit´e, di↵usivit´e, ...
(propri´et´es li´ees `a
l’irr´eversibilit´e !)
D. Bernouilli (1738), Maxwell (1866), Boltzmann (1866), VdW (1873) 9/42
Rappel: Th´eorie cin´etique des gaz
IPression : collisions des mol´ecules avec les parois - Formule de
Bernouilli
P=1
3
N
Vm<v
2>
IAvec PV =nRT , on obtient
⌧1
2mv2=✏cin =3 2kT
(rmq. R=NAk)
IEnergie interne gaz parfait: U=3
2nRT
EQUIPARTITION DE L’ENERGIE (d´etails en BA3)
1
2m<v
2
z>=1
2kT
Un terme quadratique dans l’expression de l’´energie contribue
pour 1/2kT dans l’´energie moyenne du syst`eme
IGaz monoatomique - translation x, y, z
U=3
2NkT
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