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CHAPITRE II
EQUATION D’ETAT –TRANSFORMATIONS
I- RAPPELS DES NOTIONS DE MECANIQUE ET DE CHALEUR.
1- Travail et énergie mécanique.
a) Par définition : Energie signifie capacité de travail . Le travail est
défini en mécanique comme une grandeur scalaire, c’est le produit scalaire de la
force par le déplacement effectué par son point d’application.
B
W Fdl WA Fdl
B
A
.W>0 si le déplacement est dans la même sens que la force (travail moteur)
.W<0 si le déplacement se fait en sens contraire de la force (travail résistant)
.Un système mécanique susceptible de fournir du travail contient de la capacité du
travail ou du travail en réserve, il contient de l’énergie.
Si cette énergie est due à la position des éléments d’un corps dans l’espace, on
parle alors d’énergie potentielle.
Exemples :
i) Un lac de barrage rempli d’eau : si (h) est la hauteur de chute et Mg le poids
de la quantité d’eau tombante, l’énergie potentielle est :
EP = W = Mg.h
j) La détente d’un gaz (air comprimé) nous fournit également de l’énergie sous
forme de travail.
1
, 2
Où est le vecteur normal à la surface S sur laquelle s'applique la force F. est dirigé vers
les x négatifs.
dW = - Fr dx
b) Conservation de l’énergie mécanique : C’est une grande loi qui gouverne la
mécanique.
Enoncé : Dans les phénomènes purement mécaniques, l’énergie mécanique se
conserve.
Considérons le cas d’un point matériel soumis à une force F et se déplaçant de
dl
W F . dl
En utilisant le Principe Fondamental de la Dynamique(PFD), ce travail s’écrit :
dV 1
W m . d l m dV . V d( mV 2 )
dt 2
d’où :
vf 1 1
Wv . m Vf2 - mVi2
i 2 2
Cette équation montre qu’il y a transformation du travail en énergie cinétique !
Ceci est-il toujours vrai ? Autrement dit, existe-t-il des phénomènes purement
mécaniques ?
En réalité il n’y en a pas !!
on peut citer l’exemple de la chute des corps dans le vide.
Par contre la chute des corps dans l’air n’est pas un phénomène purement
mécanique. Il donne lieu à la production de « chaleur » par frottement (résistance
de l’air)
2
, 3
Conclusion :
Toute production de chaleur correspond à une diminution d’énergie mécanique.
Réciproquement toute création de travail entraîne la disparition (la consommation)
d’une certaine quantité de « chaleur »
2- Notions de chaleur
L’étude des phénomènes calorifiques a conduit à distinguer deux notions : la
température (T) et la chaleur ou plus précisément, quantité de chaleur (Q).
Grâce au toucher, un corps nous paraît froid, tiède, ou chaud.
Prenons l’exemple de l’eau. On sait qu’elle existe sous trois états de la matière :
solide, liquide et gazeux. Ainsi chacun de ces états sera caractérisé par une
température telle que :
solide liquide gazeux
(glace) (eau) (vapeur)
T1 < T2 < T3
Conclusion :
Le changement dans l’état physique des corps est accompagné d’une variation de
la température. Ainsi « la chaleur » est une forme d’énergie qui conduit soit à une
variation de température soit à un changement de phase.
II- ETAT D’EQUILIBRE D’UN SYSTEME
a)Définition d’un système : C’est un corps ou un ensemble de corps de masse
déterminée, délimité dans l’espace. On appelle milieu extérieur tout ce qui n’est
pas le système. La frontière entre le système et le milieu extérieur peut être
matérielle ou imaginaire.
b)Etat d’équilibre : D’une manière générale on distingue trois sortes d’équilibres :
(les trois cas sont susceptibles de produire de la chaleur et donc changer la
température)
i) Equilibre mécanique (voir cours de mécanique).
ii) Equilibre chimique : Pas de réaction chimique à l’intérieur du système et pas de
transfert de matière d’une partie du système vers une autre.
iii) Equilibre thermique : Pas de gradient de température à l’intérieur du système
et la température du système est la même que celle du milieu extérieur.
Quand ces trois types d’équilibre sont réalisés, le système est dit en équilibre
thermodynamique.
c) Paramètres définissant l’état d’équilibre d’un système :Variable macroscopiques.
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CHAPITRE II
EQUATION D’ETAT –TRANSFORMATIONS
I- RAPPELS DES NOTIONS DE MECANIQUE ET DE CHALEUR.
1- Travail et énergie mécanique.
a) Par définition : Energie signifie capacité de travail . Le travail est
défini en mécanique comme une grandeur scalaire, c’est le produit scalaire de la
force par le déplacement effectué par son point d’application.
B
W Fdl WA Fdl
B
A
.W>0 si le déplacement est dans la même sens que la force (travail moteur)
.W<0 si le déplacement se fait en sens contraire de la force (travail résistant)
.Un système mécanique susceptible de fournir du travail contient de la capacité du
travail ou du travail en réserve, il contient de l’énergie.
Si cette énergie est due à la position des éléments d’un corps dans l’espace, on
parle alors d’énergie potentielle.
Exemples :
i) Un lac de barrage rempli d’eau : si (h) est la hauteur de chute et Mg le poids
de la quantité d’eau tombante, l’énergie potentielle est :
EP = W = Mg.h
j) La détente d’un gaz (air comprimé) nous fournit également de l’énergie sous
forme de travail.
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, 2
Où est le vecteur normal à la surface S sur laquelle s'applique la force F. est dirigé vers
les x négatifs.
dW = - Fr dx
b) Conservation de l’énergie mécanique : C’est une grande loi qui gouverne la
mécanique.
Enoncé : Dans les phénomènes purement mécaniques, l’énergie mécanique se
conserve.
Considérons le cas d’un point matériel soumis à une force F et se déplaçant de
dl
W F . dl
En utilisant le Principe Fondamental de la Dynamique(PFD), ce travail s’écrit :
dV 1
W m . d l m dV . V d( mV 2 )
dt 2
d’où :
vf 1 1
Wv . m Vf2 - mVi2
i 2 2
Cette équation montre qu’il y a transformation du travail en énergie cinétique !
Ceci est-il toujours vrai ? Autrement dit, existe-t-il des phénomènes purement
mécaniques ?
En réalité il n’y en a pas !!
on peut citer l’exemple de la chute des corps dans le vide.
Par contre la chute des corps dans l’air n’est pas un phénomène purement
mécanique. Il donne lieu à la production de « chaleur » par frottement (résistance
de l’air)
2
, 3
Conclusion :
Toute production de chaleur correspond à une diminution d’énergie mécanique.
Réciproquement toute création de travail entraîne la disparition (la consommation)
d’une certaine quantité de « chaleur »
2- Notions de chaleur
L’étude des phénomènes calorifiques a conduit à distinguer deux notions : la
température (T) et la chaleur ou plus précisément, quantité de chaleur (Q).
Grâce au toucher, un corps nous paraît froid, tiède, ou chaud.
Prenons l’exemple de l’eau. On sait qu’elle existe sous trois états de la matière :
solide, liquide et gazeux. Ainsi chacun de ces états sera caractérisé par une
température telle que :
solide liquide gazeux
(glace) (eau) (vapeur)
T1 < T2 < T3
Conclusion :
Le changement dans l’état physique des corps est accompagné d’une variation de
la température. Ainsi « la chaleur » est une forme d’énergie qui conduit soit à une
variation de température soit à un changement de phase.
II- ETAT D’EQUILIBRE D’UN SYSTEME
a)Définition d’un système : C’est un corps ou un ensemble de corps de masse
déterminée, délimité dans l’espace. On appelle milieu extérieur tout ce qui n’est
pas le système. La frontière entre le système et le milieu extérieur peut être
matérielle ou imaginaire.
b)Etat d’équilibre : D’une manière générale on distingue trois sortes d’équilibres :
(les trois cas sont susceptibles de produire de la chaleur et donc changer la
température)
i) Equilibre mécanique (voir cours de mécanique).
ii) Equilibre chimique : Pas de réaction chimique à l’intérieur du système et pas de
transfert de matière d’une partie du système vers une autre.
iii) Equilibre thermique : Pas de gradient de température à l’intérieur du système
et la température du système est la même que celle du milieu extérieur.
Quand ces trois types d’équilibre sont réalisés, le système est dit en équilibre
thermodynamique.
c) Paramètres définissant l’état d’équilibre d’un système :Variable macroscopiques.
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