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  • Unité d'enseignement : Thermodynamique 1 et transferts thermiques
Nombre de crédits de l'UE : 6
Code APOGEE : PHY1001L
:: Responsabilité de l'UE :
COTTANCIN EMMANUEL
 
0472448358
 
Type d'enseignement
Nb heures *
Cours Magistraux (CM)
18 h
Travaux Dirigés (TD)
33 h
Travaux Pratiques (TP)
9 h
Total du volume horaire
60 h
* Ces horaires sont donnés à titre indicatif.
Programme - Contenu de l'UE
Programme de l'UE de thermodynamique et transferts thermiques

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)
  • 1er 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
  • 2e 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
  • 2e 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
Compétences acquises
Méthodologiques :
Méthodes de base de la thermodynamique. Bilan d'énergie de systèmes fermés et ouverts stationnaires. Utilisation des propriétés des fluides pour le calcul des énergies mécaniques et thermiques.

Techniques :
Calculs simples en thermodynamique. Utilisation de diagrammes thermodynamiques. Mesures de pression, de température, de transferts de chaleur.
Parcours / Spécialité / Filière / Option utilisant cette UE
 - Physique (au semestre 1 [UE Obligatoire]) [Mention : Physique]
 - Physique, chimie (au semestre 1 [UE Obligatoire]) [Mention : Physique, chimie]
 - Mécanique (au semestre 1 [UE Obligatoire]) [Mention : Mécanique]
 - Ingénierie mécanique (au semestre 1 [UE Obligatoire]) [Mention : Mécanique]
 - Electronique, énergie électrique, automatique (au semestre 1 [UE Obligatoire]) [Mention : Electronique, énergie électrique, automatique]
 - Génie des procédés (au semestre 1 [UE Obligatoire]) [Mention : Physique, chimie]
 - Chimie (au semestre 1 [UE Obligatoire]) [Mention : Chimie]
 - Ingénierie physique (au semestre 1 [UE Obligatoire]) [Mention : Physique]
Date de la dernière mise-à-jour : 21/06/2017