Les transferts d’énergie entre différents systèmes
Explication
La thermodynamique étudie les lois qui régissent les transferts d’énergie entre différents systèmes.
La première décrit les bilans macroscopiques, tandis que la seconde en explique l’origine moléculaire
Explication
La thermodynamique classique décrit les états initial et final ainsi que le bilan énergétique, alors que la thermodynamique statistique relie les variables macroscopiques au mouvement des particules.
La portion de l’univers choisie pour être étudiée
Explication
Un système est la portion de l’univers sélectionnée pour l’étude et délimitée par une surface d’échange. Le milieu extérieur comprend tout ce qui n’appartient pas au système.
Comme un système hétérogène à plusieurs phases
Explication
La coexistence de l’eau liquide et de la glace correspond à plusieurs phases, ce qui définit un système hétérogène.
Un système ouvert
Explication
Un système ouvert échange à la fois de la matière et de l’énergie avec l’extérieur. Un système fermé échange seulement de l’énergie, tandis qu’un système isolé n’échange ni matière ni énergie.
Il est additif et dépend de la quantité de matière
Explication
Le volume dépend de la quantité de matière et s’additionne lorsque l’on regroupe des sous-systèmes : c’est donc une variable extensive. La température est, elle, une variable intensive.
Elle se déroule infiniment lentement et peut être inversée par le même chemin
Explication
Une transformation réversible suit une suite d’états d’équilibre lors d’une évolution infiniment lente et peut être parcourue en sens inverse par le même chemin.
Une transformation irréversible
Explication
Une transformation rapide ou brutale, sans variables d’état définies à chaque instant et sans chemin de retour, est irréversible.
Isochore : volume constant
Explication
Une transformation isochore maintient le volume constant. Une transformation isotherme maintient la température, une transformation isobare la pression, et une transformation adiabatique s’effectue sans échange de chaleur.
Ses variables d’état ont des valeurs bien définies et constantes
Explication
Un système est en équilibre thermodynamique lorsque ses variables d’état sont bien définies et constantes. Un échange de chaleur ou une égalité des énergies microscopiques n’est pas nécessairement requis.
PV=nRT
Explication
Les variables d’état d’un gaz parfait sont liées par l’équation PV=nRT. Elles ne sont donc pas toutes indépendantes.
A et B sont en équilibre thermique entre eux
Explication
Le principe zéro affirme que deux systèmes en équilibre thermique avec un même troisième système sont en équilibre thermique entre eux. Cela implique une même température, mais pas nécessairement une même pression ou un même volume.
Le travail est un échange ordonné, tandis que la chaleur est un échange désordonné
Explication
Le travail correspond à un transfert d’énergie ordonné à l’échelle microscopique, alors que la chaleur est liée à une agitation moléculaire désordonnée.
Parce que le travail et la chaleur dépendent du chemin suivi
Explication
Le travail et la chaleur ne sont pas des fonctions d’état : leurs valeurs dépendent du chemin suivi pendant la transformation. Ils s’expriment tous deux en joules.
De la source chaude vers la source froide
Explication
La chaleur s’écoule spontanément d’une source chaude vers une source froide, c’est-à-dire dans le sens des températures décroissantes.
dQ=m c dT
Explication
Pour une chaleur sensible, la quantité élémentaire de chaleur est dQ=m c dT lorsque la capacité calorifique massique c est utilisée. L’expression dQ=mL concerne plutôt une chaleur latente de changement d’état.
La somme des énergies cinétiques microscopiques et des énergies potentielles d’interaction des particules
Explication
L’énergie interne rassemble les énergies cinétiques microscopiques et les énergies potentielles d’interaction des particules. Elle est une fonction d’état, contrairement au travail et à la chaleur.
ΔU=Q+W
Explication
Pour un système fermé au repos, le premier principe s’écrit ΔU=Q+W. Le signe de W indique ici que le système fournit du travail, mais la relation conserve cette convention algébrique.
H=U+PV
Explication
L’enthalpie est définie par H=U+PV. Sa variation correspond donc à la variation de l’énergie interne augmentée de celle du produit pression-volume.
La variation d’énergie interne
Explication
À volume constant, la chaleur échangée Q_V correspond à la variation d’énergie interne. À pression constante, c’est plutôt la variation d’enthalpie qui correspond à Q_P.
C_V est définie à volume constant et C_P à pression constante
Explication
C_V mesure la chaleur nécessaire pour augmenter la température d’un degré à volume constant, tandis que C_P la mesure à pression constante.
Environ 1,38
Explication
Le coefficient adiabatique est le rapport γ=C_P/C_V, soit 29/21≈1,38. Il ne correspond pas à la différence C_P−C_V.
À un gaz parfait de composition constante lors d’une transformation adiabatique et réversible
Explication
Les relations de Laplace nécessitent un gaz parfait de composition constante et une transformation à la fois adiabatique et réversible.
L’entropie est une fonction d’état, tandis que la chaleur et le travail dépendent du chemin
Explication
L’entropie est une fonction d’état : sa variation ne dépend que des états initial et final. La chaleur et le travail dépendent du chemin suivi.
dS=d_eS+d_iS, avec d_eS liée aux échanges et d_iS aux phénomènes internes
Explication
La variation d’entropie se décompose en entropie échangée avec l’extérieur et en entropie créée par les phénomènes internes. Cette dernière est non négative, contrairement à l’entropie échangée, qui peut avoir l’un ou l’autre signe.
dS=δQ_rev/T
Explication
Lors d’une transformation réversible, la variation élémentaire d’entropie est donnée par dS=δQ_rev/T.
Elle est strictement positive
Explication
Pour un univers isolé, une transformation irréversible crée de l’entropie, donc ΔS′>0. La valeur nulle correspond au cas réversible.
Faire subir à un agent thermique un cycle permettant une conversion continue d’énergie
Explication
Une machine thermique est un dispositif dans lequel un agent thermique parcourt un cycle de transformations afin de permettre une conversion continue d’énergie.
Le moteur fournit globalement du travail avec W<0, tandis que le récepteur en reçoit avec W>0
Explication
Un moteur thermique fournit globalement du travail au milieu extérieur, ce qui correspond à W<0. Un récepteur thermique reçoit globalement du travail, donc W>0.
Q≤0, après ΔU=0 et ΔS=0 sur le cycle
Explication
Sur un cycle, l’énergie interne et l’entropie retrouvent leurs valeurs initiales, donc ΔU=0 et ΔS=0. Le deuxième principe impose alors Q≤0, ce qui exclut la production de travail par un cycle monotherme.
η_M=1−T_F/T_C
Explication
Le rendement d’un moteur ditherme réversible est η_M=1−T_F/T_C. Il dépend du rapport des températures absolues des sources.
Deux transformations isothermes et deux transformations adiabatiques
Explication
Le cycle de Carnot est un cycle fermé réversible composé de deux transformations isothermes aux températures des sources et de deux transformations adiabatiques réversibles. Il ne s’agit donc pas d’un cycle monotherme.
Parce qu’il fournit le rendement maximal possible
Explication
Le cycle de Carnot fournit le rendement maximal possible pour un moteur thermique fonctionnant entre deux sources de chaleur. Il ne convertit toutefois pas toute la chaleur reçue en travail et échange avec deux sources.
Mémorisez les réponses avec 69 flashcards sur Thermodynamique générale.
Qu'est-ce que la thermodynamique étudie ?
Les lois régissant les transferts d’énergie entre différents systèmes.
Que décrit la thermodynamique classique ?
Les états initial et final ainsi que le bilan énergétique d’un système.
Que relie la thermodynamique statistique ?
Les variables macroscopiques au mouvement des particules.
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