Descriptif complet de ce cours - licence de physique

ContenudesUEdephysiqueduL1–juillet2014 1
UniversitéPierreetMarieCurie–UFRdephysique
Contenudel’UE1P003
Cours: 1P003,9ECTSSemestre:2èmepériode2014‐2015
Titreducours:EnergieetEntropiepourlesPCGI
Enseignantsresponsables: SophieHameau sophie.hame[email protected]
SandraNinet [email protected]
Jean‐MichelCourtypourlesRP(RésolutionsdeProblèmes)jean‐[email protected]
Secrétariat:JocelyneQuellier
Barème:Totalsur100pointsrépartisdelamanièresuivante:Ecritsur50,Contrôlescontinussur20(CCenamphi
sur15+collessur5)etTravauxPratiquessur30(inclut:TP/30etlesRésolutionsdeProblèmes/10)
 Présentationdel’enseignement
L’enseignement«Energieetentropie»,dispenséau2èmesemestreduL1pourleparcoursPCGI,estuneinitiationàla
mécaniquedesfluides,auxphénomènesdetransportetàlathermodynamique.L’accentestmissuruneapproche
phénoménologiquedesconceptsphysiquesens’appuyantsurdessituationsconcrètesdelaviequotidienne.Lesloispermettant
decomprendrecesphénomènessontdéveloppésencours,entravauxdirigésetentravauxpratiques.
 Objectifsdel’UE
 Résoudredesproblèmessimplesdestatiquedesfluidesdansunchampdepesanteuruniforme
 Mettreenœuvreunbilandemasse,dequantitédemouvement,d’énergiepourdesécoulementssansdissipations
 Connaîtreladéfinitiondelaviscositéetreconnaîtresasignaturedanslecasdesécoulementsnonparfaits
 Connaîtrelesélémentsfondamentauxdelathéoriecinétiquedesgaz
 Comprendrelanotiondesystèmemacroscopique/mésoscopique/microscopiqueetdegrandeursthermodynamiques:
pression,température,énergieinterne
 Etablirl’équationdeladiffusionpourdessystèmesunidimensionnelsetlarésoudreenrégimestationnaire
 Utiliserleséquationsd’états,lescoefficientscalorimétriquesoulestablesthermodynamiquespourdéterminerles
propriétésthermodynamiquesd’uncorpspur
 Mettreenœuvrelepremieretlesecondprincipepourdestransformationssimplesoudesapplicationscourantes
(machinesthermiques,turbines,…)
 Comprendrecommentl'irréversibilitémacroscopiquesurgitdelacomplexitémicroscopique
 Interpréteretexploiterundiagrammedephasedecorpspur
 Contenudescours
Cours1à3–Mécaniquedesfluides
‐ Hydrostatiquemacroscopique,pousséed’Archimède
‐ Hydrodynamique:bilansmacroscopiquesdematière,d’énergie–théorèmedeBernoulli
‐ Introductionauxfluidesvisqueux,écoulementscomplexes,nombredeReynolds
Cours4à6–Théoriecinétiqueetphénomènesdetransport
‐ Modèlemicroscopiquedugazparfait–distributiondesvitesses–températurecinétiqueetéquationd’état‐ouverture
surlesgazréels
‐ Diffusionmoléculaire,descriptionmacroscopique,bilandematière
‐ Température,chaleur,diffusionthermique–notionsurlaconvectionetlerayonnement
Cours7à13–Thermodynamique
‐ Travail,chaleur,énergieinterneeténoncédu1erprincipedelathermodynamique;miseenœuvredupremier
principe:loideLaplace,cyclethermodynamique
‐ Introductionàl’entropiestatistiquesansfacteurdeBoltzmann–ladétentedeJoule,loiGaussienne,l’informationet
l’entropie,macro‐état/micro‐état
‐ Secondprincipedelathermodynamique,réversibilité/irréversibilité,identitéfondamentale,bilansentropiques
‐ Machinesthermiques,moteuretréfrigérateur,cycledeCarnot

ContenudesUEdephysiqueduL1–juillet2014 2
‐ Transitionsdephasedescorpspurs:phénoménologie,chaleurlatente,introductionauxloisd’évolutiondessystèmes:
potentielsthermodynamiquesGetF,relationdeClapeyron‐étudedel’équilibreliquide/vapeur
 Travauxdirigés
Deuxséancesdetravauxdirigéssontprévueschaquesemaine.Lapremièreséance(2h)seraconsacréeàunTDclassique.La
secondeséance(2h)seraconsacréeàunerésolutiondeproblème(RP).Aucoursdecesséanceslesétudiantstravaillentpar
groupesdequatresurunexercice:l’objectifàatteindreesttoujoursbienprécismaislecheminàsuivren’estpasindiqué.Il
s’agitdoncpourl’étudiantdemobilisersesconnaissances,capacitésetcompétences.Lessujetssontconçuspourpermettreune
acquisitionprogressivedescompétencesnécessairespourrésoudreseulunproblème.
LesséancesdeRésolutiondeProblèmesontobligatoiresetnotées.
 Travauxpratiques
L’UEcomporte5séancesdetravauxpratiquesde4hetunesoutenanceoraleenfindesemestre.
LesséancesdeTravauxPratiquesetlasoutenancesontobligatoiresetnotées.
TP1‐Mesuresdemassesvolumiques
Objectifs:
‐contenuphysique:mesurerlamassevolumiqued’échantillonsavecdifférentesméthodes
‐ compétences:prisedemesuresavecincertitudes,tracédecourbesavecbarresd’erreurs,exploitationdecourbes,
présentationderésultats
TP2‐Ecoulementdansuneconduite
Objectifs:
‐ contenuphysique:vérificationdelaloidePoiseuille–miseenévidencedesdifférentstypesd’écoulementetdurégimede
transition(nombredeReynolds)
‐compétences:Elaboration,justification,amélioration,descriptiond’unprotocoleexpérimentaladapté
TP3‐Diffusionàtraversunemembrane
Objectifs:
‐contenuphysique:mesuredelaloidévolutionrégissantladiffusiond’unsolutéàtraversunemembrane
‐compétences:modélisation,validationdumodèleparl’expérience,analysecritiquederésultats
TP4‐Calorimétrie
Objectifs:
‐contenuphysique:bilansthermiques‐mesuresdecapacitésthermiques‐vérificationdelaloideDulongetPetit
‐compétences:mobiliseretmettreenœuvrel’ensembledescompétencestravailléespourrédigeruncompte‐rendudeTP
TP5‐Changementd’état:lavaporisationdel’eau
Objectifs:
‐contenuphysique:miseenévidencedel’équilibredesphasesàpressionettempératurefixées–mesuredelachaleurlatente
devaporisation
‐ compétences:debriefingsurlescompétencesacquisesencoursd’acquisitionounonacquises–amélioration,
perfectionnement
Soutenance
Lesemestreseconcluraparunesoutenanceindividuelleoralesurunedesexpériencesréaliséesaucoursdes5TP.
 Livre(s)deréférence
‐ Y.Simon,Energieetentropie,A.Colin
‐ E.Hecht,Physique,DeBoeck