CONCEPTS FONDAMENTAUX (Chapitre 1) (Quiz no. 1) · M. Lacroix Définitions et concepts 13 VOLUME DE...

CONCEPTS FONDAMENTAUXCONCEPTS FONDAMENTAUX(Chapitre 1)(Chapitre 1)(Quiz no. 1)(Quiz no. 1)

((Thermodynamique, une approche pragmatiqueThermodynamique, une approche pragmatique, Y. , Y. ÇÇengelengel, , M.A. M.A. BolesBoles, M. Lacroix, , M. Lacroix, CheneliChenelièèrere--McGrawMcGraw--Hill, 2008)Hill, 2008)

(lecture obligatoire pour Quiz no. 1: pages 1 à 29)

Marcel LacroixMarcel LacroixUniversitUniversitéé de Sherbrookede Sherbrooke

Mots clMots clééss

• Systèmes et volumes de contrôle• Variables thermodynamiques• États, évolutions et cycles• Masse volumique• Température• Pression

M. Lacroix Définitions et concepts 3

OBJECTIFSOBJECTIFS

• Poser quelques définitions.• Présenter quelques concepts

fondamentaux.


THERMODYNAMIQUE THERMODYNAMIQUE • Science qui traite de l’énergie ainsi que des

propriétés des substances.


ÉÉNERGIENERGIE• Énergie: aptitude à produire du travail.• Quelques formes d’énergie:

cinétique

chimique

électrique

solaire

éolienne

nucléaireUnité S.I. : Joule


CHALEURCHALEUR• Chaleur: forme d’énergie transmise d’un

point à haute température vers un point àbasse température.

Unité S.I. : Joule


TRAVAIL ET PUISSANCETRAVAIL ET PUISSANCE

• Travail: action de transférer de l’énergie.

• Puissance: taux auquel le travail est fait (Joule/seconde=Watt).

•L’énergie permet de produire un travail comme l’argent permet de dépenser.


THERMODYNAMIQUE:THERMODYNAMIQUE:INTINTÉÉRÊTRÊT

• Convertir et utiliser diverses formes d’énergie.

FOSSILE;

NUCLÉAIRE;

SOLAIRE;

BIOMASSE;

CHALEUR

TRAVAIL PROPULSION

TRAVAIL ÉLECTRICITÉ


EXEMPLE DE TRANSFORMATION DEXEMPLE DE TRANSFORMATION D’É’ÉNERGIE:NERGIE:RRÉÉACTEUR NUCLACTEUR NUCLÉÉAIRE PWRAIRE PWR


EXEMPLE DE TRANSFORMATION DEXEMPLE DE TRANSFORMATION D’É’ÉNERGIE:NERGIE:MOTEUR MOTEUR ÀÀ COMBUSTIONCOMBUSTION


EXEMPLE DEXEMPLE D’’UTILISATION DUTILISATION D’É’ÉNERGIE:NERGIE:CHAUFFAGE DCHAUFFAGE D’’EAU SANITAIREEAU SANITAIRE


SYSTSYSTÈÈME THERMODYNAMIQUEME THERMODYNAMIQUE• Ensemble d’éléments qui fait l’objet d’une étude.


VOLUME DE CONTRÔLEVOLUME DE CONTRÔLE• Volume schématique choisi représentant une partie ou la

totalité d’un système thermodynamique et dont les frontières peuvent être traversées par de la masse, de la chaleur, du travail et/ou de la quantité de mouvement.

SYSTÈME OUVERT SYSTÈME FERMÉ

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DESCRIPTION DE SYSTDESCRIPTION DE SYSTÈÈMESMES

• MACROSCOPIQUE: Comportement d’ensemble (exemple: gaz, population, etc.).

• MICROSCOPIQUE: Comportement local(exemple: molécules, individus, etc.).


VARIABLES VARIABLES THERMODYNAMIQUESTHERMODYNAMIQUES

• Caractéristiques macroscopiques d’un système.

• Variables intensives: indépendantes de la masse (pression, température, masse volumique).

• Variables extensives: dépendantes de la masse (masse totale, volume, quantité de mouvement).

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PHASE ET PHASE ET ÉÉTATTAT

• PHASE: Quantité de matière entièrement homogène.

• ÉTAT: Substance peut exister dans des états différents définis par des variables macroscopiques observables: température, pression, densité.

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ÉÉQUILIBRE THERMODYNAMIQUEQUILIBRE THERMODYNAMIQUE

• Équilibre mécanique, chimique, thermique, électrique, nucléaire, etc.

• Moteur d’une voiture roulant à vitesse constante sur autoroute.

• Café ou bière à la température de la pièce.• Ordinateur fonctionnant en régime établi.• Réacteur nucléaire répondant à un appel constant

de puissance.

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ÉÉVOLUTIONVOLUTION• Lieu des états successifs par lesquels le système

passe.

• L’évolution est réversible lorsque, après avoir étédécrite, elle peut être inversée en ne faisant subsister aucun changement dans le système ni dans le milieu ambiant.

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ÉÉVOLUTION QUASI STATIQUEVOLUTION QUASI STATIQUE

• Évolution au cours de laquelle la déviation de l’équilibre thermodynamique est infinitésimale.

Les petites masses ajoutées ou retranchées sur le piston permettent une compression ou un détente quasi statique du fluide

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ÉÉVOLUTION EN RVOLUTION EN RÉÉGIME PERMANENTGIME PERMANENT

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ÉÉVOLUTION EN RVOLUTION EN RÉÉGIME PERMANENTGIME PERMANENT


CYCLECYCLE• Parcours décrit par un système passant par un

certain nombre de changements d’état ou d’évolutions différentes et retournant finalement àson état initial.

Cycle de Rankine dans une centrale thermique


MASSE VOLUMIQUE ET MASSE VOLUMIQUE ET VOLUME MASSIQUEVOLUME MASSIQUE

SUBSTANCE

AIR (270C) 1,16 0,86

EAU LIQUIDE (270C) 966,2 0,001035

EAU VAPEUR (270C) 0,0258 38,77

)/( 3 kgmν

)/)((0

lim 3mkgVm

V →=ρMasse volumique

)/(1 3 kgmvρ

=Volume massique

)/( 3mkgρ


PRESSIONPRESSION

)/)((0

lim 2mNA

FA

P normale

→=

kPaatmatmosphereMPakPaPaBar

mNPaPascal

325,10111;1.0100101

;/1115

2

=====

==


PRESSIONPRESSION

EXEMPLE S.I.(kPa)

BRITISH(lbf/po2)

ATMOSPHÉRIQUE ~100 ~14,7

PNEU (voiture) ~240 ~35

PISCINE (10 mètres) ~200 ~29,4


PRESSIONPRESSION

Patm

Peffective

Pabs

vide absolu

Pabs=Patm+Peffective

Pression absolue = pression atmosphérique + pression effective


TEMPTEMPÉÉRATURERATURE

• Deux systèmes ont atteint l’équilibre thermique quand il n’y a plus de transfert de chaleur entre eux. Dans ce cas, ils se trouvent à la même température.

• La température est une mesure de l’énergie potentielle thermique.

• La température est à la chaleur ce que la hauteur est à l’énergie potentielle gravitationnelle!


ÉÉCHELLES DE TEMPCHELLES DE TEMPÉÉRATURESRATURES

15,273)()( 0 += CTKT460)()( 00 += FTRT

(Kelvin)

(Rankine)


TEMPTEMPÉÉRATURERATURE

EXEMPLE 0C S.I. (K) BRITISH (0F)

CHAMBRE ~25 ~298 ~77

CORPS HUMAIN ~37 ~310 ~99

FOUR DOMESTIQUE ~200 ~473 ~400


EXERCICES SUGGEXERCICES SUGGÉÉRRÉÉSS

Chapitre 1, THERMODYNAMIQUE, une approche pragmatique, Y.A. Çengel, M.A. Boles et M. Lacroix, Chenelière-McGraw-Hill, 2008.

Les exercices dont le numéro est suivi de la lettre ‘C’ et les exercices numéro 1.7, 1.30, 1.32, 1.38, 1.39, 1.88, 1.92, 1.93

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