1er cycle universitaire. BTS. Cours de Thermodynamique n° 4 : chaleur, travail et énergie interne des gaz parfaits.

C. Haouy, professeur de Physique Appliquée Mise à jour du 16-09-08.

Colonne de gauche = discours fait aux élèves, pas forcément écrit au tableau Colonne de droite = résumé et illustrations du propos de la colonne de gauche, écrits au tableau ou montrés sur transparents. Voir l’Introduction aux cours de thermodynamique pour situer ce cours dans son contexte. Les exercices signalés sont disponibles en fin du cours.

cours n° 4 : Chaleur, travail et énergie interne des gaz parfaits.
Pré-requis : Chaleur, travail et énergie interne d'un système (cours n° 1, n°2 et n°3). A retenir : P.V = n.R.T = m.r.T (R ne dépend pas du gaz alors que r en dépend). ∆U = CV.∆T avec CV la capacité calorifique du G.P. à volume constant. Le calcul de ∆U, W12 ou Q12 dans le cas des 4 transformations de base. Plan : 1. Le gaz parfait 2. Energie interne U d'un gaz parfait 3. Conséquences pour les 4 transformations de base Bibliographie : Introduction à la thermodynamique, C. Lhuillier et J. Rous, Dunod, 1994. Les machines transformatrices d'énergie, tome 1, par G. Lemasson, Delagrave, 1963

1. Le gaz parfait (ou gaz "simplifié").
On a dit que l'état d'un gaz est décrit par la donnée de 3 variables P, V et T que l'on nomme "variables d'état". Ces 3 variables sont liées par la relation caractéristique : P.V = n.R.T avec : n ≜ quantité de matière [mol] R ≜ constante des gaz parfaits ≈ 8,31434 ± 0,00035 J.K-1.mol-1. Rappel : 1 mole de gaz contient ≈ 6,022 52 ± 0,000 09.1023 molécules de gaz. (incertitudes données par le cours de physique statistique de Berkeley, Armand Colin). Cette équation est indépendante de la nature du gaz : elle est vraie pour l'O2, le CO2, l'hélium etc…En particulier cette relation nous indique finalement que la donnée de 2 variables seulement est nécessaire pour connaître l'état du gaz, puisque la 3ème variable est déduite de la relation