NOTIONSFONDAMENTALES
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Comme tout spcialiste, le thermodynamicien utilise des termes
auxquels il donneun sens trs prcis. Il est important de bien
assimiler le sens de chacun dentre euxafin dapprhender au mieux les
lois de la thermodynamique. Nous utiliserons sou-vent les mots
suivants : systme, milieu extrieur, tat dquilibre,
transformation,rversible, irrversible, etc. Lobjectif de ce
chapitre est de bien dfinir ces notionsfondamentales.
1.1 LA NOTION DE SYSTMELa thermodynamique tudie les changes de
matire et dnergie qui ont lieu entreun milieu matriel appel systme
et son environnement appel extrieur. Il nest paspossible de rsoudre
un problme de thermodynamique tant que lon na pas dfiniavec
prcision ces deux entits.
1.1.1 Dnition
La thermodynamique classique sintresse des systmes
macroscopiques dont ladfinition est donne ci-dessous.
DnitionUn systme macroscopique est la portion despace, limite
par une surface relleou fictive, contenant la matire tudie. Il est
constitu dun grand nombre departicules (atomes ou molcules).
RemarqueLexpression grand nombre de particules a son importance
car dans ces conditionsil est possible de caractriser le systme par
les valeurs moyennes, au sens statistiquedu terme, des variables
qui servent le dcrire. Ce sont ces valeurs moyennes quisont
accessibles lors des mesures.
On appelle extrieur tout ce qui nappartient pas au systme
(figure 1.1). Len-semble systme plus extrieur constitue lunivers,
terme quil ne faut toutefoispas confondre avec celui utilis par les
astronomes car lunivers thermodynamiquea bien souvent des
dimensions trs limites (la portion de lunivers astronomique
eninteraction avec le systme).
Il faut toujours dfinir avec prcision la nature et la frontire
du systme. Parexemple pour un gaz enferm dans un cylindre muni dun
piston coulissant, il est
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1.1 La notion de systme
1. La matire solide dune bougie allume.2. Un moteur explosion en
fonctionnement.3. Un rveil matin en train de sonner.4. Leau liquide
qui bout dans une casserole.5. Lair contenu dans une chambre air
tanche.SOLUTION. Il faut bien faire attention la dfinition du
systme qui est donne.1. Ouvert, car de la matire solide est
consomme et part lextrieur.2. Ouvert, car de lair et du carburant
entrent et les gaz brls sortent.3. Ferm, car il ny a pas dchange de
matire avec lextrieur.4. Ouvert, car de leau passe ltat vapeur et
quitte le systme.5. Ferm, car la chambre air est tanche.
Ltude des systmes ouverts est dlicate et ne sera aborde dans cet
ouvrage quedans le cas particulier des coulements. Une
classification des systmes ferms estrsume dans le tableau 1.2.
Tableau 1.2 Classication des systmes ferms.
Nature du systme Caractristique
Physique Sa composition reste constante
Chimique Sa composition varie suite des ractions chimiques
Physico-chimique Sa composition varie suite des quilibres entre
phases
Thermolastique Nchange avec lextrieur que des travaux
mcaniques
Nous ntudierons pas les systmes pour lesquels les effets de
surface ou gravi-tationnels sont importants, cest--dire les systmes
mulsionns et les systmes detype stellaire.
1.1.3 Description de ltat dun systme
Dcrire ltat dun systme, cest prciser la valeur dun nombre
minimum degrandeurs physiques aisment mesurables, les variables
dtat indpendantes. Cesvariables indpendantes permettent de
reconstituer exprimentalement et sans ambi-gut ltat macroscopique
du systme avec un ensemble de proprits parfaitementdfinies. Les
variables les plus utilises sont les variables de Gibbs, cest--dire
: les paramtres physiques comme la temprature T du systme, sa
pression P , son
volume V , etc. ; les paramtres de composition : la quantit de
matire ou la masse de chacun des
constituants du systme.
Lapproche que nous pouvons avoir de la notion de temprature
sappuie sur nossensations physiologiques. Au toucher, un corps nous
parat froid, tide ou chaud.Cependant, cette grandeur physique reste
dlicate quantifier car nous ne pouvons
Dun
od
Laph
otoc
opie
non
auto
rise
estu
nd
lit
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