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Introduction aux cours de Thermodynamique
http://christophehaouy.wix.com/thermodynamique
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1. Mise en page et contenu des cours :
Ces cours de thermodynamique
(num�rot�s de 1 � 7) s'adressent � des �tudiants dont le niveau scientifique
s'arr�te au calcul d'une int�grale simple, de base : ∫(1/x)�dx est le
maximum que l'on peut exiger. Ce cours n'est donc pas un expos� d�taill�
destin� � former des sp�cialistes de thermodynamique mais essaye d'en pr�senter
de mani�re aussi �pur�e que possible les notions fondamentales. Certaines notions
restant encore vagues dans les premiers cours sont, dans les cours suivants,
g�n�ralement affin�es voire rectifi�es. Chaque cours est suivi d'exercices
illustrant les notions abord�es. Ces exercices sont indispensables pour
ma�triser le cours.
Les
�tudiants qui liront (et comprendront) le cours sans faire les exercices
resteront n�anmoins incapables de r�soudre les probl�mes simples de
thermodynamique ; un cours
n'est pas une �mission t�l�vis�e qui se termine � la fin de l'expos�. Il doit s'assimiler, et cela passe
n�cessairement pas la r�solution des exercices qui
exposent �galement une mani�re de pr�senter un
probl�me concret.
Remarques :
- l'auteur, professeur agr�g� de physique appliqu�e, n'est pas un sp�cialiste de
thermodynamique ; le but de ces documents est de proposer un support de cours
avec applications pour des �tudiants en STS Industriels.
Les ouvrages de thermodynamique disponibles dans le commerce sont pratiquement tous destin�s � des �l�ves de classes pr�paratoires ou � des �tudiants dont le niveau math�matique est d�j� relativement �lev� ; cr�er un cours de thermodynamique pour des �tudiants de BTS n'a pas �t� facile, surtout que des contraintes de temps s'imposent (1 heure par semaine consacr�e � la thermodynamique en BTS Maintenance, ce qui donne 30 heures environ dans l'ann�e)…et il est souvent n�cessaire de ne pas trop approfondir pour ne garder � l'esprit que l'essentiel. On peut consulter des anciens manuels de cours de m�canique destin�s aux �l�ves de Terminale F1 (nouvellement "g�nie m�canique") dans lesquels la thermodynamique �tait encore au programme. Pour les ouvrages r�cents, voir la biblio en fin de page .
| Cours n� 1 : Temp�rature et chaleur. Comme la thermodynamique (dans son sens restreint) �tudie les interactions chaleur/mouvement, il est n�cessaire d'aborder la premi�re notion essentielle : la chaleur (transferts thermiques), qu'il faut absolument dissocier de la notion de temp�rature.
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| Cours n� 2 : Travail et diagrammes P(V). Voici la deuxi�me notion fondamentale de thermodynamique. Les �tudiants connaissent d�j� la notion de travail en m�canique, il s'agit ici d'adapter cette notion � la thermodynamique et de remarquer l'utilit� d'un diagramme P(V) pour calculer le travail �chang� lors d'une transformation thermodynamique. Ce cours ne fera intervenir que les travaux dus aux seules forces ext�rieures de pression. En particulier les travaux obtenus � partir des forces int�rieures au syst�me (travail dit "indiqu�") ne sont pas abord�s, en particulier les turbines ne sont pas �tudi�es (il ne s'agit que d'une introduction � la thermodynamique, rappelons-le). En outre l'�nergie cin�tique et potentielle des corps sera n�glig�e devant les travaux et chaleurs �chang�es, ce qui exclut l'�tude des tuy�res. Dans ce cas seuls les compresseurs � piston seront �tudi�s (moteur thermiques, pompes � chaleur, r�frig�rateurs).
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| Cour n�3 : Les quatre transformations
thermodynamiques de base. Le premier principe de la thermodynamique. Une fois que la chaleur et le travail ont bien �t� d�finis, on peut aborder le premier principe de la thermodynamique qui nous explique les �changes d'�nergie thermique (la chaleur) et m�canique (le travail). Avant tout, on s'aper�oit que les transformations les plus compliqu�es peuvent essentiellement se d�composer en une succession de transformations de base : la transformation adiabatique, la transformation isobare, la transformation isochore et la transformation isotherme. Des transparents abordent de fa�on simpliste la mani�re d'effectuer ces quatre transformations.
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| Cours n� 4 : Chaleur, travail et �nergie
interne des gaz parfaits. Les trois cours pr�c�dents permettent d'observer ce qu'il se passe pour les gaz dont le comportement est simplifi� � l'extr�me : les gaz parfaits.
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| Cours n� 5 : Transformations quasi-statiques.
Le deuxi�me principe de la thermodynamique. Les quatre cours pr�c�dents nous ont permis de nous familiariser avec les notions de travail, chaleur, �nergie interne et gaz parfait. Ce cours permettra d'aborder le fonctionnement des machines thermiques en nous expliquant que tout n'est pas possible en termes d'�change d'�nergies.
R�versibilit� : � propos du 2nd principe de la thermodynamique (fichier PDF) dont l'objectif est de faire comprendre que tout n'est pas si simple en p�dagogie … |
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Cours n� 6 : Changement d'�tat des corps
purs. Dernier passage oblig� pour comprendre le fonctionnement des machines thermiques avec changement de phase, ce cours aborde les notions �l�mentaires de changement de phase. Les exercices en fin de cours nous pr�sentent le fonctionnement �l�mentaire d'une cocotte - minute ; il est recommand� tout particuli�rement le paragraphe sp�cial sur la m�t�o.
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| Cours n� 7 : Les machines thermiques dithermes. Ce cours, aboutissement du programme des BTS Maintenance, illustre le principe de fonctionnement des moteurs thermiques, des r�frig�rateurs et des pompes � chaleur. Les exercices pr�sentent de nombreux sujets de thermodynamique donn�s � l'examen de BTS Maintenance et r�sument ce que l'�tudiant moyen de 1er cycle universitaire doit pouvoir savoir faire.
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T�l�charger l'ensemble des cours et exercices (4,5 Mo)
Ces cours ont �t� cr��s avec autant de soin que
possible, mais une coquille n'est
pas exclue : toute critique de ces cours
sera la bienvenue.
Christophe HAOUY
exemple : cours sur les machines thermiques
Introduction � la thermodynamique, de Claire Lhuillier et de
Jean Rous, collection 1er
cycle universitaire, �ditions DUNOD, 1994. Cet ouvrage �vite le formalisme
math�matique (trop souvent pr�sent en thermodynamique) et donne des exemples
concrets d'illustrations du cours. Il s'agit de sp�cialistes en Thermodynamique
(laboratoire de Physique th�orique de Jussieu).
Toute la thermodynamique, la m�canique des fluides
et les ondes m�caniques, cours et exercices corrig�s, classes
pr�paratoires MPSI-PCSI, MP-PC-PSI, par L. Bocquet, J.P. Faroux et J. Renault..
Editions Dunod 2002.
Thermodynamique, 2�me ann�e PT – PT*.
G�rard DAREAU, Georges ROUSSELET. Collection taupe-niveau. Editions Ellipses.
1998. Ce livre est d'un abord th�orique �lev�. Les r�dacteurs se sont
sp�cialis�s dans la thermodynamique technique.
Thermodynamique, probl�mes r�solus, 3�me
�dition, par Hubert Lumbroso, Mc Graw-Hill, 1984.
Physique statistique. Cours de physique de
Berkeley, volume 5. Armand Colin, 1994.
Cours de Physique de Feynman, m�canique 2.
Dunod, 1979.
Atlas de la Physique, par Hans Breuer,
collection Encyclop�die d'aujourd'hui. Livre de Poche, 1997. Je ne connais
cependant pas la formation scientifique du (ou des) r�dacteur(s). Certaines
explications me paraissent erron�es (le ph�nom�ne de cavitation dans les
robinets domestiques par exemple).
Nouvelle encyclop�die pratique de m�canique,
tome 1, par Henri DESARCE, librairie Aristide Quillet, 1949. Cet ouvrage
(�videmment �puis�) est une bible d'informations…sa vieillesse garantit
l'utilisation de sch�mas ou de gravures qui repr�sentent les machines thermiques
� une �poque o� la photo n'�tait pas d'usage courant dans les livres, ce qui
n�cessite forc�ment une "�puration" du dessin qui pr�sente
l'essentiel et non le superflu. En outre les syst�mes m�caniques sont
clairement expos�s.
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