Cours de Thermodynamique

Introduction aux cours de Thermodynamique

Ces cours de thermodynamique (numérotés de 1 à 7) s'adressent à des étudiants dont le niveau scientifique s'arrête au calcul d'une intégrale simple, de base : ∫(1/x)·dx est le maximum que l'on peut exiger. Ce cours n'est donc pas un exposé détaillé destiné à former des spécialistes de thermodynamique mais essaye d'en présenter de manière aussi épurée que possible les notions fondamentales. Certaines notions restant encore vagues dans les premiers cours sont, dans les cours suivants, généralement affinées voire rectifiées. Chaque cours est suivi d'exercices illustrant les notions abordées. Ces exercices sont indispensables pour maîtriser le cours. Les étudiants qui liront (et comprendront) le cours sans faire les exercices resteront néanmoins incapables de résoudre les problèmes simples de thermodynamique ; un cours n'est pas une émission télévisée qui se termine à la fin de l'exposé. Il doit s'assimiler, et cela passe nécessairement pas la résolution des exercices qui exposent également une manière de présenter un problème concret.

Cours

Cours n° 1 : Température et chaleur. Comme la thermodynamique (dans son sens restreint) étudie les interactions chaleur/mouvement, il est nécessaire d'aborder la première notion essentielle : la chaleur (transferts thermiques), qu'il faut absolument dissocier de la notion de température. Cours n° 1 Transparent n°1  Corrigés exercices du cours 1

Cours n° 2 : Travail et diagrammes P(V). Voici la deuxième notion fondamentale de thermodynamique. Les étudiants connaissent déjà la notion de travail en mécanique, il s'agit ici d'adapter cette notion à la thermodynamique et de remarquer l'utilité d'un diagramme P(V) pour calculer le travail échangé lors d'une transformation thermodynamique. Ce cours ne fera intervenir que les travaux dus aux seules forces extérieures de pression. En particulier les travaux obtenus à partir des forces intérieures au système (travail dit "indiqué") ne sont pas abordés, en particulier les turbines ne sont pas étudiées (il ne s'agit que d'une introduction à la thermodynamique, rappelons-le). En outre l'énergie cinétique et potentielle des corps sera négligée devant les travaux et chaleurs échangées, ce qui exclut l'étude des tuyères. Dans ce cas seuls les compresseurs à piston seront étudiés (moteur thermiques, pompes à chaleur, réfrigérateurs). Cours n° 2 Transparent n°2  Corrigés exercices du cours 2

  

Cour n°3 : Les quatre transformations thermodynamiques de base. Le premier principe de la thermodynamique. Une fois que la chaleur et le travail ont bien été définis, on peut aborder le premier principe de la thermodynamique qui nous explique les échanges d'énergie thermique (la chaleur) et mécanique (le travail). Avant tout, on s'aperçoit que les transformations les plus compliquées peuvent essentiellement se décomposer en une succession de transformations de base : la transformation adiabatique, la transformation isobare, la transformation isochore et la transformation isotherme. Des transparents abordent de façon simpliste la manière d'effectuer ces quatre transformations. Cours n° 3  Transparent n°3  Corrigés exercices du cours 3

 

Cours n° 4 : Chaleur, travail et énergie interne des gaz parfaits. Les trois cours précédents permettent d'observer ce qu'il se passe pour les gaz dont le comportement est simplifié à l'extrême : les gaz parfaits. Cours n° 4   Transparent n°4 Corrigés exercices du cours 4

 

Cours n° 5 : Transformations quasi-statiques. Le deuxième principe de la thermodynamique. Les quatre cours précédents nous ont permis de nous familiariser avec les notions de travail, chaleur, énergie interne et gaz parfait. Ce cours permettra d'aborder le fonctionnement des machines thermiques en nous expliquant que tout n'est pas possible en termes d'échange d'énergies. Cours n° 5  Transparent n°5  Corrigés exercices du cours 5

 

Cours n° 6 : Changement d'état des corps purs. Dernier passage obligé pour comprendre le fonctionnement des machines thermiques avec changement de phase, ce cours aborde les notions élémentaires de changement de phase. Les exercices en fin de cours nous présentent le fonctionnement élémentaire d'une cocotte - minute ; il est recommandé tout particulièrement le paragraphe spécial sur la météo. Cours n° 6

   

Cours n° 7 : Les machines thermiques dithermes. Ce cours, aboutissement du programme des BTS Maintenance, illustre le principe de fonctionnement des moteurs thermiques, des réfrigérateurs et des pompes à chaleur. Les exercices présentent de nombreux sujets de thermodynamique donnés à l'examen de BTS Maintenance et résument ce que l'étudiant moyen de 1er cycle universitaire doit pouvoir savoir faire. Cours n° 7  Transparent n°7 Corrigés des exercices.