Cahier de texte de la classe de TSI 2

Semaine 1 : du 02/09 au 06/09

Objectifs pédagogiques Extraits du référentiel et travail personnel à faire

Chapitre 0 : Rappels du vocabulaire de la thermodynamique

Problématique : Pourquoi la thermodynamique donne-t-elle une description plus complète que la mécanique ?

Il s’agit de faire un rappel important du vocabulaire de la thermodynamique déjà traité en 1e année. Ce chapitre était à travailler pour la rentrée

Extrait du référentiel de 1e année :

Définir un système

Définir si un système est ouvert, fermé isolé

Utiliser le vocabulaire usuel : transformation isochore, monotherme, isotherme, monobare, isobare

Chapitre 1 : Description thermodynamique des systèmes

Problématique : Comment prévoir qualitativement la réversibilité d’une transformation thermodynamique ?

Outils mathématique présenté : différentielle d’une fonction et de dérivée partielle

Il s’agit encore de revenir sur les bases de première année et d’approfondir la modélisation des systèmes en transformations. Ce chapitre reprend les modèles importants des gaz parfaits et des phases condensées idéales et justifie la validité et les limites de ces modèles (qui seront largement utilisés par la suite). Une fois les sources d’irréversibilités identifiées l’étudiant pourra mieux appréhender le second principe et la dégradation de l’énergie occasionnées par cette transformations

Extrait référentiel de 1e année :

Comparer le comportement d’un gaz réel et d’un gaz parfait sur un diagramme de Clapeyron et d’Amagat

Utiliser l’équation d’état d’un GP

Extrait du référentiel de 2e année

Découper une transformation finie en une succession de transformations élémentaires

Connaître l’expression d’une différentielle en fonction de ses dérivées partielles

Lundi :

I-Description de systèmes thermoélastiques :

+ document présentant la notion de dérivée partielle et de grandeur différentielle

Evaluation diagnostique avec socrative (calcul différentiel)

Mardi :

II-Equilibre d’un système thermodynamique :

III-Transformations thermodynamiques :

Mercredi : Exercice 2

Exercice 1_TD1 (sauf C)

Exercice 2_TD1

Préparer l’exercice 1 (A et B)

Jeudi : Chapitre 2 :

I-Energie interne :

Travailler le devoir de cours pour mardi

Semaine 2 : du 10/09 au 14/09

Objectifs pédagogiques Extraits du référentiel et travail personnel à faire

Chapitre 2 : Thermodynamique différentielle des systèmes fermés

Problématique : Comment premier et second principe se distinguent-t-ils ?

Outils mathématique présenté : Forme différentielle et différentielle totale exacte.

Premier et second principe sont donc formulés de manière différentielle. Les documents de cours permettent de revenir sur les notions de rendement et d’efficacité des machines cycliques dithermes. Ce chapitre introduit le second principe comme un principe permettant de mesurer quantitativement l’irréversibilité d’une transformation et donc la dégradation de l’énergie. Il rejoint les critères qualitatifs évoqués au chapitre précédent

Extrait du référentiel de 1 année :

Extrait du référentiel de 2e année

Lundi :

Documents de cours

DM1 à rendre dans 15 jours

Mardi :

Journée d’intégration

Mercredi :

II-1e principe

III-Enthalpie

Vidéo « classe inversée » ; de quoi l’entropie est-elle le nom ?

Jeudi

Chapitre 2 : documents supports (2nd principe et machine thermodynamique)

IV-Entropie

DM

Devoir de cours

Semaine 3 : du 18/09 au 22/09

Objectifs pédagogiques Extraits du référentiel et travail personnel à faire

Chapitre 3 : Thermodynamique des systèmes ouverts en régime stationnaire

Problématique :

Peut-on convertir de l’énergie interne en énergie cinétique macroscopique ?

Ce chapitre permet d’effectuer le premier bilan en régime d’écoulement stationnaire de l’année. Ce bilan est global et permet d’introduire le premier principe des systèmes ouverts. Ce chapitre est central car il sera le point de départ du chapitre 7 de mécanique des fluides.

Ce cours permet, avec les TP, de présenter des applications industrielles des concepts précédemment introduits (modèles des fluides et des transformations)

Rq : toutes ces notions seront réinvesties et approfondies au prochain chapitre

Lundi :

Exercice 2 TD2

Mardi :

Chapitre 3 :

I-Débit massique

II-Bilan massique

III-Bilan d’énergie

Mercredi :

ABSENT

Jeudi :

II-Bilan d’énergoe

III-Bilan d’entropie

Corrigé devoir de cours

Devoir de cours

Dernière activité du TD2

Semaine 4 : du 24/09 au 28/09

Objectifs pédagogiques Extraits du référentiel et travail personnel à faire

Chapitre 4 : Thermochimie

Problématique :

Est-il possible de vaporiser à basse température et de condenser à haute température ?

Ce chapitre permet, dans la continuité du chapitre 3, de traiter les dispositifs industriels pour lesquels des transformations physico-chimiques se déroulent.

Lundi :

Exercice 3 et 4

Mardi :

Exercice 1

Mercredi :

Exercice 1 et 2 + corrigé du devoir de cours

Jeudi :

Exercice 2 et 3

Chapitre 4 (début)

I-Intérêt de l’enthalpie en chimie :

Devoir de cours

Semaine 5 : du 30/14 au 04/10

Objectifs pédagogiques Extraits du référentiel et travail personnel à faire

Chapitre 5 : Statiques des fluides

Problématique : Si représente une force de 10 tonnes sur un mètre carré, pourquoi sommes-nous pas écrasés par cette force ?

Outils mathématiques : Présentation de l’opérateur gradient ; présentation des différents systèmes de repérages, élément de longueur de surface et de volume

L’échelle mésoscopique est présentée. La relation de la statique de fluide permet de présenter des applications concrètes barrage, densimètre, château d’eau…)

Lundi :

II-Enthalpie de réaction :

III-Enthalpie (molaire) standard de formation ∆ :

Activité 1

Vidéo sur le repérage

Mardi :

IV changement d ‘état

Exercice 4 (début)

Mercredi :

Exercice 4 TD4 en Atelier (suite)

Jeudi :

Notion d’opérateur gradient et systèmes de repérage

Devoir de cours

Semaine 6 : du 7/10 au 11/10

Objectifs pédagogiques Extraits du référentiel et travail personnel à faire

Chapitre 6 : fluide en écoulement stationnaire dans une conduite

Problématique : Comment peut-on augmenter la vitesse d’un écoulement sans machine ?

Outils mathématiques : opérateur divergent (théorème d’Ostrogorski)

Ce chapitre est déterminant pour comprendre la notion de flux et de circulation d’un champ de vecteur. Un nouveau bilan est présenté : bilan de masse.

Lundi :

I-Pression d’un fluide et dans un fluide au repos

Notion d’opérateur gradient et systèmes de repérage

II-Relation de la statique des fluides en référentiel R Galiléen

Mardi :

Exercice 1,2,3

Exercice 2 à préparer

Mercredi :

TD5 : exercice 4 et 6

Jeudi :

Document support du chapitre 6

Devoir de cours

Semaine 7 : du 14/10 au 18/10

Objectifs pédagogiques Extraits du référentiel et travail personnel à faire

Chapitre1 : Révision de 1e année

Lundi :

I-Vocabulaire

II-Débits

Exercice 2

Mardi :

II-Débits

III-Equation de conservation

Exercice 4

Mercredi :

Exercice 4,5,6

jeudi :

Révision chimie 1e année

Devoir de cours et DM

Exercice 7 et 8

Semaine 8 : du 12/11 au 16/11

Objectifs pédagogiques Extraits du référentiel et travail personnel à faire

Chapitre 7 : Du 1e principe au théorème de Bernoulli

Problématique : Comment Zidane a-t-il marqué contre les anglais à l’euro 2004 ?

Ce chapitre reprend la formulation du 1e principe des systèmes en écoulement et précise les hypothèses supplémentaires « amenant » aux relations de Bernoulli.

Lundi :

Fin TD chimie structurale

Mardi :

Chapitre 7

I-Fluide réel

II-Théorème de Bernoulli

III-Ecoulement stationnaire d’un fluide réel incompressible

Exo1

Mercredi :

Exo 1(fin),2

Finir exo 1

Jeudi :Exo 2(fin), exo4,exo6 Exo6 à finir) + Devoir de cours

Semaine 9 : du 11/11 au 15/11

Objectifs pédagogiques Extraits du référentiel et travail personnel à faire

Chapitre 8 : Conduction thermique

Problématique : Comment évacuer efficacement la chaleur ?

Ce chapitre permet de revenir sur un nouveau bilan : bilan enthalpique. Le régime stationnaire permettra d’effectuer des analogies avec les résistances hydrauliques et électriques.

Lundi :

Férié

Mardi :

Chapitre 8

I-Flux thermique

II-Bilan enthalpique

Mercredi :

III- Loi de Fourier

Exo2

Fin exo 2

Jeudi :

IV- Equation de la chaleur

Exo 5

devoir de cours et DM

Fin exo5

Semaine 10 : du 18/11 au 22/11

Objectifs pédagogiques Extraits du référentiel et travail personnel à faire

Chapitre 1 : charge électrique-champ électrostatique

Problématique : pourquoi « entendons-nous » l’électricité ?

Ce chapitre commence par une présentation historique et expérimentale des phénomènes électriques.

L’accent est mis sur la distinction entre distribution et charge d’essai. Le champ électrostatique est défini à partir de la force électrostatique. Principe de superposition et de Curie sont, avec la loi de Coulomb, les éléments importants de ce cours.

Lundi :

Activité 7

Mardi :

Chapitre 1 : électrostatique

A) Propriétés de la charge : B) Force électrostatique et champ

électrostatique

Mercredi :

Corrigé devoir cours

C)Cas où la distribution D est une charge ponctuelle

D)Généralisation de loi de Coulomb

Vidéo péda inversée sur les symétries

Jeudi :

Fin - Chapitre 1 : électrostatique

E)Propriétés de symétrie

Exercice 2

Devoir de cours

Exo 3 à reprendre personnellement (utilisez les vidéos) !

Semaine 11 : du 25/11 au 29/11

Objectifs pédagogiques Extraits du référentiel et travail personnel à faire

Chapitre 2 : Potentiel électrostatique et énergie potentielle électrostatique

Problématique : Qu’est-ce qu’une tension ?

La fonction potentielle électrostatique est présentée à l’aide de l’énergie potentielle.

Ce chapitre permet donc de revenir sur l’interprétation de l’énergie potentielle.

Champ et potentiel sont des grandeurs intrinsèques à la distribution qui rayonne, force et énergie potentielle sont propres à la charge d’essai qui subit l’action de ce rayonnement.

L’analyse vectorielle déjà présentée, ce chapitre permet de revenir que les notions de circulation et d’opérateur rotationnel

L’étudiant calcule, simule et vérifie expérimentalement les propriétés topographiques des lignes de champ électrostatique et équipotentielles dans une cuve rhéographique.

Outils mathématiques : opérateur rotationnel (théorème de Stokes)

Lundi :TD 1 : exercice 3 et 4 Vidéo à regarder sur la notion de force conservative : classe inversée

Mardi :

Chapitre 2

A-Force, énergie potentielle et potentiel électrostatiques :

B-Potentiel électrostatique d’une distribution quelconque :

Vidéo à regarder sur la notion de circulation : classe inversée

Mercredi :TD 2 : exo1

Jeudi :

C-Circulation du champ électrostatique

Exo 1 fin, devoir de cours et DM

Semaine 12 : du 2/12 au 6/12

Objectifs pédagogiques Extraits du référentiel et travail personnel à faire

Chapitre 3 : Théorème de Gauss et condensateur

Problématique : comment expliquer l’effet Faraday et l’effet de pointe ?

Cette nouvelle méthode de détermination du champ électrostatique s’accompagne d’un TD apportant de nombreuses applications industrielles. Une présentation des signaux vidéos (obtention, traitement, conversion puis projection à l’aide d’un vidéo-projecteur) est faite aux étudiants.

Condensateur (et détermination de la capacité) sont aussi largement abordés.

Lundi :

Exercice 3 et 4 TD2

Mardi :

Chapitre 3

I-Théorème de Gauss

Exo 1 suite TD

Vidéo classe inversée sur le théorème de Gauss

Mercredi :

Exercice 1 TD3 (suite) et exo2

Jeudi :

II-Conducteur, condensateur et capacité (suite)

Devoir de cours

Semaine 14 : du 9/12 au 13/12

Objectifs pédagogiques Extraits du référentiel et travail personnel à faire

Chapitre 4 : le régime magnéto-stationnaire

Problématique : le champ magnétostatique est-il découplé du champ électrostatique ?

Ce chapitre postule les équations locales. L’observation des cartes de lignes de champ permet d’apprécier la pertinence de ces lois. Les connaissances en analyse vectorielle (acquises en mécanique des fluides) permettent de présenter les propriétés de symétrie du champ magnétostatique.

Enfin, le chapitre revient sur la force magnétique de Laplace.

Lundi :TD 3 exo 4 et 5

Mardi :Chapitre 4 :I- Distributions de courants :

Mercredi : Chapitre 4

Exo1 et 2 TD4

Vidéo péda inversée sur les moteurs

Jeudi :Chapitre 4

II-Champ magnétique et force de Laplace+ Exo6

Devoir de cours, DM

Semaine 14 : du 23/12 au 27/12

Objectifs pédagogiques Extraits du référentiel et travail personnel à faire

Chapitre 2 de chimie : Révision de 1e année et lois de déplacement d’équilibre

Lundi : Exo 6

Mardi : Chapitre 2 chimie

Mercredi :

(matin + apm) Chapitre 2 chimie : exo 5,6,7,8,9,10

Jeudi : Chapitre 2-chimie : exo 1,2,3,4,5,6,7,8,9 devoir de cours+activité 7 du chapitre 4 d’EM

Semaine 15 : du 6/01 au 10/01

Objectifs pédagogiques Extraits du référentiel et travail personnel à faire

Chapitre 5 : Les équations de l’EM

Problématique :

Pourquoi parle-t-on de champs électromagnétiques alors que nous avons distingué les champs magnétostatique et électrostatique ?

Ce chapitre permet, pour la 4e fois, d’établir le bilan d’une grandeur physique : l’énergie électromagnétique. En lien avec le régime stationnaire et les connaissances de 1e année, les équations de Maxwell sont écrites dans le cas général.

Le Td permet d’approfondir les bilans d’énergies des composants électriques et les phénomènes d’induction.

La méthode des différence finies est utilisée pour résoudre le problème de Laplace dans le cas de limites imposées par un condensateur plan.

Lundi :

TD ELM : Exercice 7TD4

TD chimie : Exo 10

Mardi :

Chapitre 5 :

I-L’équation de conservation de la charge (site)II-II-Equations Maxwell dans l’approximation des régimes quasi-stationnaires et dans les circuits conducteurs fermés

Regarder les vidéos de cours 1,2,3,4,5,6

Devoir de cours

Mercredi :

TD chimie : exo 12, 16

Jeudi : TD5 : exo 2 et 3 DM, devoir de cours

Semaine 15 : du 13/01 au 17/01

Objectifs pédagogiques Extraits du référentiel et travail personnel à faire

Chapitre 5 : Les équations de l’EM

Problématique :

Pourquoi parle-t-on de champs électromagnétiques alors que nous avons distingué les champs magnétostatique et électrostatique ?

Ce chapitre permet, pour la 4e fois, d’établir le bilan d’une grandeur physique : l’énergie électromagnétique. En lien avec le régime stationnaire et les connaissances de 1e année, les équations de Maxwell sont écrites dans le cas général.

Le Td permet d’approfondir les bilans d’énergies des composants électriques et les phénomènes d’induction.

La méthode des différence finies est utilisée pour résoudre le problème de Laplace dans le cas de limites imposées par un condensateur plan.

Lundi :

Exo 3,5

Mardi :

Chapitre 5 :

Fin chapitre 5 : bilan énergétique

Regarder les vidéos de cours 7,8,9

Devoir de cours

Mercredi :

Exo 6

Jeudi : TD5 : exo 7 et 9 DM, devoir de cours