Thermodynamique

Cette page regroupe les vidéos du cours de Thermodynamique de L1 (Licence 1ère année, 2nd semestre) dispensé aux étudiants de la filière CPEI (Cycle Préparatoire aux Écoles d’Ingénieurs) à l’Université Paris Diderot, lors de l’année universitaire 2015–2016.

Je me suis attaché à faire ressortir les idées générales de cette discipline importante et à montrer comment les concepts de la Thermodynamique émergent de manière naturelle d’une réflexion globale sur les systèmes macroscopiques, impliquant notamment la notion l’énergie, qui fut forgée et précisée en Physique précisément grâce au développement de la Thermodynamique.

NB: Les vidéos ont été enregistrées avec un matériel peu adapté, et leur qualité visuelle et sonore laisse à désirer. (Il s’agissait simplement d’un iPad posé sur une table au milieu des étudiants, ce qui contribue hélas à amplifier le bruit ambiant de la classe…) J’espère néanmoins qu’elles pourront être utiles.

Bonne découverte, ou bonnes révisions !

Le cours comprend 18 vidéos, que vous retrouverez au bas de la présente page, ou directement sur la liste “Thermodynamique” de ma chaîne Youtube de cours.

N’hésitez pas à poser des questions associées aux différents thèmes abordées via les commentaires sur ce site ou préférentiellement au bas de chaque vidéo sur Youtube, afin que d’autres visiteurs puissent profiter des réponses.

Les cours sont organisés comme suit :

• Cours n°1 (19 janvier 2016)

Chapitre 1: Introduction à la thermodynamique : contexte et concepts fondamentaux
I – Chaleur et mouvement
II – Chaleur, température et énergie

• Cours n°2 (21 janvier 2016)

Chapitre 1: Introduction à la thermodynamique : contexte et concepts fondamentaux
II – Chaleur, température et énergie (fin)
III – État d’un système macroscopique

• Cours n°3 (26 janvier 2016)

Chapitre 1: Introduction à la thermodynamique : contexte et concepts fondamentaux
III – État d’un système macroscopique (fin) [Variables d’état, état d’équilibre, fonction d’état]
IV – Transformations thermodynamiques (début)

• Annexe : calcul de la pression d’un gaz parfait

Calcul explicite de la pression d’un gaz parfait.

• Cours n°4 (28 janvier 2016)

Fin du chapitre 1 (Introduction à la thermodynamique : contexte et concepts fondamentaux)
IV – Transformations thermodynamiques
Notions de transformations adiabatiques, quasi-statiques, réversibles, etc.

Chapitre 2 : Échanges d’énergie, énergie interne, 1er principe de la thermodynamique
I – Échange d’énergie sous forme de travail
Distinction essentielle entre différentielle d’une fonction (notée avec un « d droit ») et « petite quantité » (notée avec un « delta »)

• Cours n°5 (2 février 2016)

Chapitre 2 : Échanges d’énergie, énergie interne, 1er principe de la thermodynamique
I – Échange d’énergie sous forme de travail
II – Notion d’énergie interne

• Cours n°6 (4 février 2016)

Chapitre 2 : Échanges d’énergie, énergie interne, 1er principe de la thermodynamique
III – Premier principe de la thermodynamique
IV – Coefficients calorimétriques et enthalpie

• Cours n°7 (9 février 2016)

Chapitre 2 : Échanges d’énergie, énergie interne, 1er principe de la thermodynamique
IV – Coefficients calorimétriques et enthalpie
– Coefficients thermo-élastiques
– Cas des gaz parfaits

• Cours n°8 (11 février 2016)

Fin du chapitre 2 : Échanges d’énergie, énergie interne, 1er principe de la thermodynamique

Chapitre 3 : L’entropie et le Second Principe de la Thermodynamique
I – Irréversibilité
II – Énoncés du Second Principe

• Cours n°9 (16 février 2016)

Chapitre 3 : L’entropie et le Second Principe de la Thermodynamique
II – Énoncés du Second Principe (fin)
III- L’entropie en Physique Statistique
IV- Relation entre l’entropie et les variables d’état
– température thermodynamique
– pression

• Cours n°10 (18 février 2016)

Chapitre 3 : L’entropie et le Second Principe de la Thermodynamique
IV- Relation entre l’entropie et les variables d’état (fin
– identité thermodynamique
– relation fondamentale entre l’entropie et la chaleur
V- Entropie et origine statistique de l’irréversibilité
VI- Exemples de calculs de variations d’entropie
– gaz parfaits

• Cours n°11 (23 février 2016)

Chapitre 3 : L’entropie et le Second Principe de la Thermodynamique
VI- Exemples de calculs de variations d’entropie
– gaz parfaits
– refroidissement d’un corps
– contact thermique entre deux corps

• Cours n°12 (25 février 2016)

Chapitre 3 : L’entropie et le Second Principe de la Thermodynamique
VI- Exemples de calculs de variations d’entropie
– Compression adiabatique d’un gaz parfait
– Entropie de mélange de gaz parfaits

• Cours n°13 (1 mars 2016)

Chapitre 3 : L’entropie et le Second Principe de la Thermodynamique (fin)
– Entropie de mélange
– Paradoxe de Gibbs

Chapitre 4 : Machines thermiques
– Inégalité de Clausius

• Cours n°14 (3 mars 2016)

Chapitre 4 : Machines thermiques
• Inégalité de Clausius : conséquences
• Machines thermiques:
– moteurs dithermes
– théorème de Carnot, rendement optimal
– machines frigorifiques
– réfrigérateur, pompe à chaleur : efficacité optimale

• Cours n°15 (8 mars 2016)

Chapitre 5 : Les potentiels thermodynamiques
I – Caractérisation des états d’équilibre
– notion de potentiel thermodynamique
– Potentiels S*, F* et G*
– Travail « utile » récupérable
II – Fonctions caractéristiques F et G (énergie libre et enthalpie libre)

• Cours n°16 (10 mars 2016)

Chapitre 5 : Les potentiels thermodynamiques
II – Fonctions caractéristiques F et G
– Énergie libre de Helmholtz
– Enthalpie libre de Gibbs
– Travail utile
– Notion de potentiel chimique

• Cours n°17 (15 mars 2016)

Chapitre 5 : Les potentiels thermodynamiques
III – Utilisation des fonctions caractéristiques F et G
– relations différentielles
– relations de Gibbs-Helmholtz
– relations de Maxwell
– relations de Clapeyron
– coefficients calorimétriques

• Cours n°18 (17 mars 2016)

Compléments :
• travaux autres que le travail des forces de pression
• étude thermodynamique de systèmes mécaniques usuels :
– effet thermique de l’utilisation d’une pile
– effet thermique de l’étirement d’un ressort