Révisions de Thermodynamique

Flashcards regroupant les termes, lois, définitions et grandeurs fondamentales du chapitre de révisions de thermodynamique.

Système thermodynamique

Contenu matériel macroscopique d'une surface fermée $S$ appelée frontière, correspondant à la portion d'Univers faisant l'objet de l'étude.

Système isolé

Système thermodynamique qui ne peut échanger ni matière, ni énergie avec son milieu extérieur.

Système fermé

Système thermodynamique qui n'échange pas de matière avec son milieu extérieur, mais qui peut échanger de l'énergie.

Système ouvert

Système thermodynamique dont la frontière est perméable aux échanges de matière (et éventuellement d'énergie) avec son milieu extérieur.

Grandeurs d'état

Ensemble des grandeurs macroscopiques qui permettent de décrire entièrement l'état d'un système thermodynamique.

Variables d'état

Nombre restreint de grandeurs d'état indépendantes nécessaires et suffisantes pour déterminer complètement l'état macroscopique d'un système.

Fonction d'état

Grandeur d'état s'exprimant en fonction des variables d'état, dont la valeur ne dépend que de l'état actuel du système et non du chemin suivi.

Équilibre thermodynamique

État d'un système dont toutes les variables d'état demeurent constantes dans le temps et ne présentant aucun échange de matière ou d'énergie avec l'extérieur s'il n'est pas isolé.

Équation d'état

Relation reliant entre elles les différentes variables d'état d'un système à l'équilibre thermodynamique, sous la forme générale $f(P, V, T) = 0$.

Coefficient de dilatation isobare

Grandeur notée $\text{α}$ mesurant la variation relative de volume résultant d'une variation de température à pression constante: \text{α} = \frac{1}{V}\right(\frac{\text{∂}V}{\text{∂}T}\right)_P, exprimée en $K^{-1}$.

Coefficient de compressibilité isotherme

Grandeur notée $\text{χ}_T$ mesurant la variation relative de volume résultant d'une variation de pression à température constante: \text{χ}_T = -\frac{1}{V}\right(\frac{\text{∂}V}{\text{∂}P}\right)_T, exprimée en $Pa^{-1}$.

Grandeur d'état extensive

Grandeur d'état caractérisant l'ensemble d'un système et proportionnelle à sa masse ou à sa quantité de matière (ex. volume, masse, énergie interne).

Grandeur d'état intensive

Grandeur d'état indépendante de la masse ou de la quantité de matière du système, pouvant être définie localement (ex. température, pression, masse volumique).

Thermostat

Système susceptible d'échanger de l'énergie sans que sa température en soit modifiée, conservant une température invariable tout au long des échanges.

Transformation réversible

Transformation constituée d'une succession continue d'états d'équilibre, telle que le système et le milieu extérieur peuvent repasser exactement par tous les états antérieurs lors d'une évolution en sens inverse.

Transformation quasi-statique

Transformation modèle constituée d'une suite continue d'états d'équilibre interne du système, suffisamment lente pour que le système atteigne l'équilibre à tout instant.

Transformation monotherme

Transformation pour laquelle la température $T_{ext}$ du milieu extérieur demeure uniforme et constante tout au long de l'évolution.

Transformation monobare

Transformation pour laquelle la pression $P_{ext}$ du milieu extérieur demeure uniforme et constante tout au long de l'évolution.

Transformation adiabatique

Transformation thermodynamique qui s'effectue sans aucun transfert thermique ($Q = 0$) entre le système et le milieu extérieur.

Pression cinétique

Composante positive de la pression d'un fluide résultant exclusivement des chocs répulsifs de ses molécules sur les parois, s'exprimant par $P_c = \frac{1}{3} n^* m v_q^2$.

Température cinétique

Définition de la température proportionnelle à l'énergie cinétique moyenne de translation des molécules d'un gaz parfait selon la relation $\frac{1}{2} m v_q^2 = \frac{3}{2} k_B T$.

Première loi de Joule

Propriété selon laquelle l'énergie interne $U$ d'un gaz parfait ne dépend que de sa température $T$, soit $U = f(T)$.

Deuxième loi de Joule

Propriété selon laquelle l'enthalpie $H$ d'un gaz parfait ne dépend que de sa température $T$, soit $H = f(T)$.

Relation de Mayer

Relation reliant les capacités thermiques à pression et volume constants d'un gaz parfait, donnée par $C_p - C_v = n R$.

Équation d'état de Van der Waals

Modèle d'équation d'état des gaz réels prenant en compte le covolume molaire $b$ et la pression moléculaire $a$: \right(P + \frac{n^2 a}{V^2}\right)\right(V - n b\right) = n R T.

Phase condensée indilatable et incompressible

Modèle de phase liquide ou solide idéale dont le volume $V$ est considéré comme rigoureusement constant, indépendant de la pression et de la température.

Point triple

Unique point du diagramme de phase $(P, T)$ où coexistent à l'équilibre les trois phases solide, liquide et gazeuse d'un corps pur.

Point critique

Point ultime du diagramme de phase $(P, T)$ au-delà duquel la transition de phase discontinue entre état liquide et état gazeux n'est plus observable.

Pression de vapeur saturante

Pression d'équilibre $P_{sat}(T)$ entre une phase condensée et la phase gazeuse d'un corps pur à une température $T$ donnée.

Courbe d'ébullition

Partie de la courbe de saturation dans un diagramme de Clapeyron constituant le lieu des états de liquide saturant à l'équilibre diphasé.

Courbe de rosée

Partie de la courbe de saturation dans un diagramme de Clapeyron constituant le lieu des états de vapeur saturante sèche à l'équilibre diphasé.

Titre en vapeur

Proportion massique ou molaire de vapeur contenue dans un mélange diphasé, définie par $x = \frac{m_{gaz}}{m} = \frac{n_{gaz}}{n}$.

Théorème des moments

Relation géométrique permettant de calculer le titre en vapeur $x(M)$ sur le palier d'un diagramme de Clapeyron: $x(M) = \frac{v_M - v_{liq}}{v_{gaz} - v_{liq}} = \frac{LM}{LG}$.

Humidité relative

Rapport entre la pression partielle de la vapeur d'eau $P_{H_2O}$ et la pression de vapeur saturante $P_{sat}(T)$ à la même température.

Enthalpie massique de changement d'état

Variation d'enthalpie massique $\text{Δ}_{1→2} h(T) = h_2(T) - h_1(T)$ nécessaire pour effectuer la transition complète d'un kilogramme de corps pur de la phase 1 vers la phase 2 à la température $T$.

Premier principe de la thermodynamique

Principe de conservation affirmant l'existence d'une fonction d'état extensive $U$ telle que pour tout système fermé, la variation d'énergie totale vaut $\text{Δ} E = W + Q$.

Enthalpie

Fonction d'état extensive notée $H$, définie par la relation $H = U + P V$, particulièrement adaptée aux bilans sous pression constante.

Second principe de la thermodynamique

Principe d'évolution stipulant l'existence d'une fonction d'état extensive non conservative $S$ dont la variation vérifie $\text{Δ} S = S_{ech} + S_{creee}$ avec $S_{creee} ≥ 0$.

Formule de Boltzmann

Relation reliant l'entropie macroscopique $S$ d'un système isolé au nombre de complexions microscopiques $\text{Ω}$: S = k_B \text{ln}\right(\text{Ω}\right).

Lois de Laplace

Relations satisfaites lors d'une transformation adiabatique et réversible d'un gaz parfait à $\text{γ}$ constant, notamment $P V^{\text{γ}} = \text{cte}$, $T V^{\text{γ}-1} = \text{cte}$ et $P^{1-\text{γ}} T^{\text{γ}} = \text{cte}$.

Inégalité de Clausius-Carnot

Relation imposée par le second principe à toute machine thermique cyclique ditherme échangeant $Q_f$ et $Q_c$ avec deux thermostats: $\frac{Q_f}{T_f} + \frac{Q_c}{T_c} ≤ 0$.

Rendement de Carnot

Rendement maximal théorique d'un moteur ditherme opérant de manière réversible entre deux thermostats aux températures $T_f$ et $T_c$: $\text{η}_{Carnot} = 1 - \frac{T_f}{T_c}$.