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  • Domaine : Licences du domaine SCIENCES, TECHNOLOGIES, SANTE
  • Diplôme : Licence
  • Mention : Physique, chimie
  • Parcours : Matériaux
  • Unité d'enseignement : Thermodynamique et transferts thermiques
Nombre de crédits de l'UE : 6
Code APOGEE : PHY1001L
UE Libre pour ce parcours
UE valable pour le semestre 1 de ce parcours
    Responsabilité de l'UE :
COTTANCIN EMMANUEL
 emmanuel.cottancinuniv-lyon1.fr
04.72.44.83.58
 emmanuel.cottancinuniv-lyon.fr
VANDER DONCKT MURIEL
 muriel.vander-doncktuniv-lyon1.fr
04.72.43.19.74
    Type d'enseignement
Nb heures *
Cours Magistraux (CM)
18 h
Travaux Dirigés (TD)
30 h
Travaux Pratiques (TP)
12 h
Durée de projet en autonomie (PRJ)
0 h
Durée du stage
0 h
Effectif Cours magistraux (CM)
210 étudiants
Effectif Travaux dirigés (TD)
35 étudiants
Effectif Travaux pratiques (TP)
16 étudiants

* Ces horaires sont donnés à titre indicatif.

    Pré-requis :
Mathématiques: calcul algébrique de base, fonctions, dérivées, intégrales, tracé de fonctions

Physique: loi fondamentale de la dynamique, notions de force, énergie cinétique, énergie potentielle; théorème de l'énergie cinétique; bases d'électricité (loi d'Ohm, association de résistances en parallèle ou en série); quelques bases sur les états de la matière (solide, liquide, gaz)
    Compétences attestées (transversales, spécifiques) :

Savoirs :

Identifier et expliquer les notions de pression, température, travail, chaleur, énergie interne, enthalpie, entropie

Enoncer le principe fondamental de la dynamique et la loi de l’hydrostatique

Décrire le comportement des gaz, énoncer la loi des gaz parfaits

Enoncer le premier principe de la thermodynamique

Rappeler les propriétés thermiques de la matière,

Décrire les diagrammes de phases

Décrire les systèmes ouverts en régimes permanent, les transferts thermiques, les machines thermiques,

Estimer des ordres de grandeur

Savoir-faire :

Mettre en équation des problèmes simples de thermodynamique (loi de l’hydrostatique, loi des gaz parfaits, mélange de gaz, calculs sur des transformations usuelles (isothermes, isobares, isochores, adiabatiques),

Ecrire les bilans d’énergie et bilans de masse pour les systèmes ouverts

Calculer des variations d’entropie, calculer des rendements sur des machines thermiques, estimer des ordres de grandeur, résoudre des équations différentielles du premier ordre, calculer des intégrales usuelles

Analyser une problématique expérimentale, élaborer un protocole d’expérience, discuter de phénomènes physiques mis en évidence lors des expériences de cours ou de TP,

Réaliser des mesures avec rigueur ; savoir utiliser correctement des instruments de mesure; identifier les sources d’erreur, calculer les incertitudes de mesure

Savoir-être :

Manipuler avec soin et rigueur, discuter des phénomènes physiques mis en évidence lors de manipulations de cours.

Porter un regard critique sur les résultats obtenus

Travailler avec d’autres étudiant.e.s, interagir avec les enseignant.e.s

    Programme de l'UE / Thématiques abordées :
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
    Liste des autres Parcours / Spécialité / Filière / Option utilisant cette UE :
Date de la dernière mise-à-jour : 03/04/2020
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