Thermodynamique
Thermodynamique
Thermodynamique
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Méthodologie
Enseignement:
Évaluation:
1) Étudiants de génie mécanique
Contrôle périodique (30%) (jeudi, 1 juin, 2017, 9h30-12h00)
Travail de TD (10%)
Projet (15%) (note transférée du projet durant l’année)
Examen final (45%)
gaz
chaleur
piston
chaleur fournie par
introduction de
vapeur surchauffée
piston bougie
4
moteur à essence
Exemple 3: Chaudière
vapeur d’eau
chaudière
eau liquide
chaleur
Exemple 4: Éclaires
Les éclairs sont une manifestation
de l’énergie électrostatique :
une décharge convertit cette forme
d’énergie potentielle en lumière et en chaleur.
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Exemple 5: Roue à aubes
L’eau qui tombe sur le sommet de la roue à aubes la fait tourner, son
6
énergie potentielle se transforme en énergie mécanique.
Exemple 6: Énergie potentielles vs énergie cinétique
chaleur
condenseur
échangeur de
chaleur congélateur
chaleur
Tube capillaire =
T4<Tfroid
valve d’expansion
4 1
travail
valve
compresseur
d’expansion échangeur de
chaleur
compresseur
mur
3 T2>Tchaud 2
intérieur (Tchaud) extérieur (Tfroid)
chaleur réfrigérateur
chaleur chaleur
travail 9
Pompe thermique
2.) Notions de base et définitions
OBJECTIFS
Poser quelques définitions fondamentales
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APPROCHES MICROSCOPIQUE ET MACROSCOPIQUE
chaudière
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Eau froide fournie
VARIABLES THERMODYNAMIQUES
« PROPRIÉTÉS »
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ÉVOLUTION
C’est une transformation faisant passer le système d'un état
initial à un état final, ce qui implique le changement de la valeur
d'au moins une propriété.
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ÉTAT
Substance peut exister dans des états différents définis par
des variables macroscopiques observables: température,
pression, densité.
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ÉVOLUTION QUASI STATIQUE
Évolution au cours de laquelle la déviation de l’équilibre thermodynamique
est infinitésimale.
note: l’évolution quasi-statique est souvent utilisée comme hypothèse pour
modéliser les systèmes en thermodynamique car:
- bonne approximation pour plusieurs processus
- facilite l’analyse
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CYCLE
Parcours décrit par un système passant par un certain nombre de
changements d’état ou d’évolutions différentes et retournant finalement à
son état initial.
chaleur
Pression 2
T4<Tfroid 3
4 1
travail
valve compresseur
d’expansi
on
système 4
fluide 1
3 T2>Tchaud 2 Température
T4 < Tfroid Tchaud < T2
chaleur 19
ÉQUILIBRE THERMODYNAMIQUE
État stable où les propriétés du système ne changent pas avec le temps (Équilibre mécanique, chimique,
thermique, électrique, nucléaire, etc.)
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ÉQUILIBRE THERMODYNAMIQUE
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PHASE
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SUBSTANCE PURE
C’est une substance dont la composition chimique est uniforme et constante.
Elle peut exister en deux phases, mais qui doivent avoir la même composition. Par exemple, la vapeur d’eau et l’eau
liquide.
Un mélange de gaz peut être considéré comme une substance pure si ses composantes ne produisent pas de réactions
chimiques.
exemples: - eau + vapeur d’eau + glace substance pure - air liquide + air gazeux (compositions chimiques
différentes) pas une substance pure
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SYSTÈME D’UNITÉS
i) Système International d’Unités (SI):
Unités primaires: unités pour mesurer des quantités fondamentales:
◦ masse, Kg
◦ longueur, M
◦ temps, S
◦ température, K
◦ courant électrique,A
◦ luminosité,candela(cd)
◦ quantité de matière, mole(mol)
kilo [k] (103), mega [M] (106), giga [G] (109), tera [T] (1012) 24
ii) Système Impérial (EES: English Engineering System):
ii) masse volumique (densité) (): masse (M) d’une matière par unité de
volume (V), c'est-à-dire l’inverse du volume spécifique
M
V
kg lbm
unité:
m3 ft 3
SI EES
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PRESSION
i) Variation de la pression dans un champ de gravité
force par unité d’aire exercée par un fluide sur une surface, normale (perpendiculaire) à la surface
Si =cste
z xyzg P1xy
y
x
0
Fz P1xy P2xy xyzg xyz a 0
P2 P1 P P dP g
g lim g
z z z 0 z dz
P z
dP g dz P Pref gh où h zref z
P z
ref ref 27
ii) Instruments de mesure de pression
gaz
gaz
P1 P2 l gh
P1 h
g
liquide l
Patm
-unité:
g
h
Patm gh
Le pascal (Pa)
l
1Pa=1N/m2
1par=105Pa=102kPa=0.1MPa liquide l
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1atm=101.325kPa
PRESSION
Exemple
Un manomètre est utilisé pour mesurer la pression dans un réservoir. Le
manomètre contient un fluide dont la masse volumique relative est de
0.850, la hauteur h de la colonne est de 55cm et la pression atmosphérique,
de 96kpa. Quelle est la pression absolue dans le réservoir?
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PRESSION
La pression dans un plan horizontal demeure inchangée quelque soit la
géométrie, à condition que le liquide qui est au dessus est le même
Eau
Patm
Lorsque la pression est inférieure à la pression atmosphérique on parle alors de dépression P vide
Pvide=Patm-Pabs
Exemple
La lecture de la jauge à vide d’un réservoir indique une dépression de 40kPa. La pression atmosphérique est autour de 101kPa. Quelle est la pression absolue du réservoir? Rep. 61kPa
Vide absolue
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TEMPÉRATURE
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.
T1 >potentielle
La température est une mesure de l’énergie T2 thermique.
(T1 > T3 > T2)
T1 T2 T3 T3
transfert thermique aucun transfert thermique
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i) Principe zéro de la thermodynamique
TA=TC
TA TB TC TA TC
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ii) Échelles de température
T(ºR)=T(ºF)+460 (Rankine)
1) Résumez le problème dans vos propres mots: pour vous assurer de le comprendre et de
savoir ce qui est demandé.
2) Faites un schéma physique du système, incluant les informations connues et dessinez les
interactions avec l’environnement.
3) Écrivez une liste des hypothèses/suppositions que vous allez faire pour simplifier le
problème. Justifiez au besoin.
4) Définissez le système et y appliquez les principes physiques, utilisant les
hypothèses/suppositions en (3) pour les simplifier.
5) Obtenir les propriétés manquantes par les équations d’état ou tables (indiquez la
source)
6) Remplacer les valeurs en (2) et (5) dans les équations dérivées en (4) pour calculer la
solution. Utiliser le principe d’homogénéité des unités pour vérifier les équations.
7) Assurez-vous que les résultats sont raisonnables, et s’ils le permettent, vérifiez
certaines des hypothèses 36
NOTE SUR LES CHIFFRES SIGNIFICATIFS
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LECTURE SECTION DU LIVRE
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