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Thermodynamique

Température et gaz parfait, théorie cinétique, premier et deuxième principes, entropie, cycles et machines thermiques, potentiels thermodynamiques, gaz réels et transitions de phase, systèmes ouverts, cycles à vapeur, pompes à chaleur et exergie, physique statistique, transferts thermiques, phénomènes de transport et équilibre chimique: la thermodynamique du deuxième semestre d'ingénieur, avec démonstrations, tables calculées, figures interactives et exercices corrigés.

14 chapitres · 60 h

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Sommaire

Chapitres

01Systèmes thermodynamiques et températureSystème et milieu extérieur, variables et fonctions d'état, équilibre, principe zéro, échelles de température, lois empiriques des gaz, dilatation thermique, perspective historique.
02Gaz parfait et théorie cinétiqueModèle cinétique, pression et température microscopiques, vitesse quadratique moyenne, énergie interne du gaz parfait, mélanges et loi de Dalton, libre parcours moyen, effusion.
03Travail, chaleur et premier principeTravail des forces de pression, transformations quasi statiques et réversibles, chaleur, énergie interne, premier principe, enthalpie, capacités thermiques, calorimétrie et chaleur latente.
04Transformations du gaz parfaitRelation de Mayer, transformations isochore, isobare, isotherme, adiabatique et polytropique, loi de Laplace, compression brutale, détentes de Joule–Gay-Lussac et de Joule–Thomson.
05Deuxième principe et entropieÉnoncés de Kelvin et de Clausius, théorème de Carnot, température thermodynamique, inégalité de Clausius, entropie, bilan d'entropie et création, diagramme T–S, troisième principe.
06Machines thermiques et cyclesMoteurs, réfrigérateurs et pompes à chaleur, rendement et coefficient de performance, cycle de Carnot, cycles d'Otto, de Diesel, de Stirling et de Brayton.
07Potentiels thermodynamiquesRelation fondamentale, énergie libre, enthalpie libre, relations de Maxwell, relations générales entre capacités thermiques, coefficient de Joule–Thomson, critères d'équilibre, potentiel chimique.
08Gaz réels et transitions de phaseFacteur de compressibilité, équation de van der Waals, point critique et états correspondants, construction de Maxwell, diagrammes de phase, relation de Clapeyron, titre en vapeur et tables de l'eau, règle des phases.
09Systèmes ouverts en régime permanentVolume de contrôle, bilans de masse, d'énergie et d'entropie, tuyères et diffuseurs, turbines, compresseurs et pompes, laminage, échangeurs, rendements isentropiques, diagramme h–s, éléments de dynamique des gaz.
10Cycles à vapeur, pompes à chaleur et exergieCycle de Rankine, cycle frigorifique à compression de vapeur, pompe à chaleur, diagramme log p–h, exergie, bilan d'exergie, théorème de Gouy–Stodola, rendement exergétique.
11Physique statistiqueMicro-états et macro-états, entropie de Boltzmann, facteur de Boltzmann, loi barométrique, distribution de Maxwell–Boltzmann, équipartition de l'énergie, capacités thermiques des gaz et des solides.
12Transferts thermiquesConduction et loi de Fourier, équation de la chaleur, diffusion unidimensionnelle, résistances thermiques et coefficient U, convection et loi de Newton, rayonnement thermique et loi de Stefan–Boltzmann.
13Phénomènes de transport et irréversibilitéLibre parcours moyen et coefficients de transport, viscosité, conductivité, diffusion et lois de Fick, marche aléatoire, production d'entropie, relations d'Onsager, effets thermoélectriques.
14Mélanges, thermochimie et équilibre chimiqueMélanges de gaz parfaits, entropie de mélange, air humide, enthalpie de réaction et combustion, affinité et constante d'équilibre, loi de van 't Hoff, piles à combustible et batteries.

Annexes

AFormulairePrincipes, relations et formules essentielles du cours, chapitre par chapitre.
BTables, constantes et donnéesConstantes physiques, propriétés des gaz, tables de l'eau saturée et surchauffée, propane, conductivités thermiques et ordres de grandeur.
CGlossaire français – allemand – anglaisVocabulaire de la thermodynamique trilingue pour les hautes écoles suisses.