Thermodynamique
Science dédiée à l’étude de tous les phénomènes faisant intervenir la chaleur, le travail et l’énergie en général
La thermodynamique est bâtie sur 4 principes fondamentaux :
• Le principe zéro définit la notion de température en se basant sur l’équilibre thermique (sans définir l’échelle de température).
• Le premier principe traduit la conservation de l’énergie.
Chaleur, travail, énergie interne, enthalpie…
• Le second principe explique l’évolution spontanée des transformation.
Certaines transformations compatibles avec le 1er principe ne se produisent pas.
→ introduction de la notion d’entropie.
• Le troisième principe précise la physique dans la limite T → 0.

Conversion de l’énergie

IUT1 Grenoble – Mesures Physiques

Le système type: le gaz parfait
Le modèle du gaz parfait est issu de la théorie cinétique des gaz.
Il est basé sur trois hypothèses :
• La position et les vitesses sont distribuées de façon aléatoire et isotrope v x 2  v y 2  vz 2 

.
1 2 v 3

• Aucune interaction entre molécules hormis lors des collisions supposées élastiques. • Les molécules sont considérées comme ponctuelles (volume négligeable)

Conversion de l’énergie

IUT1 Grenoble – Mesures Physiques

L’équation d’état des gaz parfaits

dS


Considérons les molécules se déplaçant à la vitesse v, en densité volumique n v :

v

Pendant dt, d2N v molécules heurtent dS d 2 N v  nvv x d t d S

v

La quantité de mouvement transférée par toutes les molécules :

vxdt

d 2 px 

Assemblée de molécules de densité N/V en mouvement isotrope

 d 2 Nv mv x v x



(collisions élastiques)

N
1N
vx 2  mdSdt v 2
2V
3V d2 px 1
N
dF 
 m v2 dS dt
3
V

 2mdSdt  nvv x 2  2mdSdt


v

La force appliquée résultante vaut :
Or p 

  mv

dF dS NB : énergie cinétique

Conversion de l’énergie

donc p 

N
1
m v2
3
V

1
3
m v 2  kBT
2
2

ou

1 pV  N  m v 2 
3



d’où

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Energie du gaz parfait
L’énergie interne du gaz, U, ne dépend