Thermodynamique/Définitions
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[modifier] Système
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Définition |
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Un système est une portion de l'espace, délimitée par une surface réelle ou imaginaire. Le reste est appelé environnement extérieur. Durant une transformation du système, il peut échanger, ou non, de la matière et/ou de l'énergie avec cet environnement. |
Un système est dit ouvert, fermé ou isolé. Chacun de ces termes est par définition, exclusif.
[modifier] Système isolé
Un système isolé n'échange rien avec l'extérieur, ni matière, ni énergie.
Aucun système réel n'est totalement isolé, en dehors de l'Univers pris dans son ensemble, mais une bouteille thermos (un vase Dewar clos) est souvent considérée comme une bonne approximation.
[modifier] Système fermé
Il n'y a pas d'échange de matière mais il y a échange d'énergie sous forme de travail des forces de pression par exemple ou sous forme de chaleur.
[modifier] Variable d'état
Convention : on parlera d'état d'un système par simplification de langage pour dire : état d'équilibre thermodynamique d'un système.
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Définition |
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Les variables d'état sont celles qui permettent de définir l'état d'un système et qui ne dépend que de l'état macroscopique de ce système ; ce sont par exemple la pression (P), le volume (V), le nombre de moles (n) ou la température (T). |
[modifier] Équations d'état
Équations qui relient entres elles plusieurs variables d'état. Par exemple, un gaz parfait est par définition, un gaz avec les deux fonctions d'état suivantes: U(V,T)= f(T) (f est une fonction croissante; on dit : le gaz suit la loi de Joule) ET de plus : P.V = RT (pour une mole ; on dit : le gaz suit la loi de Mariotte).
[modifier] Fonction d'état
Fonction dont les paramètres sont des variables d'état. La valeur d'une fonction d'état ne dépend donc que de l'état macroscopique du système. En conséquence, la somme algébrique de ses variations au cours d'un cycle est nulle.
[modifier] Variables intensives et extensives
Les variables d'état peuvent être de deux sortes : extensives et intensives.
Les variables extensives sont proportionnelles à la quantité de matière. Si le système S est la réunion de deux systèmes S1 et S2, les variables extensives pour S sont la somme des variables extensives pour S1 et S2. Quelques exemples sont le volume, la masse, le nombre de moles.
En revanche, les variables intensives sont indépendantes de la quantité de matière. Quelques exemples sont la masse volumique, la pression, la force, la concentration, la température.
[modifier] Phase
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Définition |
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On appelle phase tout système ou sous-système dont les grandeurs intensives sont des fonctions continues des variables d'espaces x, y et z. A l'équilibre les grandeurs intensives sont uniformes (ne dépendent pas de x, y et z) à l'intérieur d'une phase et constantes (ne dépendent pas de t). |
[modifier] Transformations
[modifier] Transformation quasistatique
(à compléter )
Pour toute variable intensive i on a :
Autrement dit, pour ce type de transformation, on peut considérer le système concerné comme restant, à chaque instant, trés voisin d'un état d'équilibre thermodynamique.
[modifier] Transformation isotherme
Transformation à température constante.
[modifier] Transformation monotherme
Transformation dont la température du système est la même avant la transformation qu'après; cependant, la température peut varier pendant la transformation.
Dit plus simplement, c'est une transformation telle que:
mais sans avoir forcément
[modifier] Transformation isobare
Transformation à pression constante.
[modifier] Transformation isochore
Transformation à volume constant
[modifier] Transformation infinitésimale
Transformation dont les états d'équilibre initial et final sont infiniments proches.
[modifier] Transformation finie
[modifier] Transformation adiabatique
Transformation sans échange de chaleur avec le milieu extérieur.
[modifier] Degré de liberté
Nombre de paramètres nécessaire pour décrire l'état microscopique du système.
[modifier] Pression d'un fluide
(à compléter) Quand un fluide est en contact avec la surface d'un solide, il exerce des forces pressantes normales en tout point de cette surface.
Ces forces se déterminent par la relation :
Remarque : même en l'absence d'un solide immergé, il existe une pression en tout points de fluide. Tout élément de volume dV est en équilibre sous l'effet des forces qui s'exercent à sa surface et en son sein (poids du fluide).
En réalisant un bilan des forces on peut ainsi établir la loi de statique des fluides :
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