I. Introduction à la thermodynamique

• Introduction générale - Historique - Où intervient la thermodynamique?
• Pression (définition, origine microscopique)
• équation de l’équilibre d’un fluide dans le champ de pesanteur  (loi fondamentale de l’hydrostatique)
• notion de température, zéro absolu et température absolue
• un système modèle : le gaz parfait
• Energie d’un système, échange d’énergie, équilibre thermodynamique et principe zéro de la thermodynamique
• Classement des grandeurs physiques et terminologie (grandeurs extensives, intensives, systèmes ouvert, fermé, isolé, thermostat ou réservoir thermique, fonction d’état, équation d’état, différentes transformations thermodynamiques).

II.  Description des gaz

• Modèle du gaz parfait (GP)
• Energie cinétique du gaz parfait (vitesse quadratique moyenne, énergie cinétique moyenne, relation Energie cinétique-température, théorème d’équipartition de l’énergie)
• Mélange de gaz parfaits (expérience de Berthollet, pression partielle, fraction molaire, fraction massique)
• Le gaz réel (équation d’état de Van der Waals (description phénoménologique)

III. Travail, chaleur et premier principe

• Le travail (notion d’échange d’énergie mécanique, W dépend du chemin suivi au cours de la transformation, cas d’une transformation réversible, interprétation dans le diagramme de Clapeyron: P=f(V), cas particuliers (adiabatique, isochore, isobare, isotherme d’un GP)
• Le transfert d'énergie thermique ou "chaleur" (notion d’échange d’énergie thermique, Q dépend du chemin suivi au cours de la transformation, cas particuliers (isochore, isobare, isotherme d’un GP)
• 1^er principe de la thermodynamique, la fonction d’état énergie interne U (La variation d'énergie interne est indépendante du chemin suivi))
• Propriétés thermiques de la matière (chaleur spécifique ou capacité calorifique)
  • Liquides et solides
  • Gaz, gaz parfaits (relations de Mayer)

• Transformations à pression constante : l’enthalpie H, une nouvelle fonction d’état
• Enthalpie de changement d’état
• Transformations pour des gaz parfaits (isothermes, isochores, isobares, adiabatiques (loi de Laplace)

IV. Bilans d’énergie dans les systèmes ouverts

• Notions de bilans
• Débits massiques, volumiques
• Principe de conservation de la masse
• Bilan d’énergie d’un système ouvert

• Système avec écoulement en régime permanent

• Energies échangées au travers de la frontière du système (hors conduits)
• Exemples de systèmes ouverts

V. Les transferts thermiques

• Modes de transmission de la chaleur
• Conduction thermique. Loi de Fourier.
• Conductivité thermique
• Résistance thermique. Coefficient de transfert thermique
• Analogie électrique
• Association en série, association en parallèle
• Convection : loi de Newton

VI. Phénomènes irréversibles : second principe de la thermodynamique et entropie

• Phénomènes irréversibles - Entropie - Approche statistique - Phénomènes plus ou moins probables
• 2^e loi de la thermodynamique classique
• Grandeur entropie : fonction d’état
• Inégalité de Clausius
• Cas d’une transformation réversible
• Calculs de variation d’entropie : méthodologie
• Exemple : détente de Joule Gay-Lussac (transformation irréversible)
• Cas des GP pour différentes transformations réversibles
• Expérience de Berthollet
• Représentation graphique : diagramme T=f(S): représentation de la chaleur échangée au cours d’une transformation réversible
• Croissance de l’entropie et évolution de l’univers
• L’entropie peut localement diminuer

 VII. Les machines thermiques

• Généralités sur les machines thermiques (réservoirs d’énergie thermique et d’énergie mécanique)
• Machines thermiques : définition
• 2^e principe et machines thermiques (énoncé de Kelvin, énoncé de Clausius)
• Proposition de Carnot : machines dithermes
• Cycle de Carnot
• Efficacité d’une machine thermique
• Exemples de machines thermiques
  • cycles moteurs : centrale électrique, turbine à gaz (cycle de Brayton), moteur à combustion interne, cycle de Diesel
  • cycles frigorifiques: réfrigérateurs, pompes à chaleur