Présentation

Dans le cycle terminal de la filière S du lycée, les élèves ont été confrontés à la problématique des transferts d’énergie entre systèmes macroscopiques. L’énergie interne d’un système a été introduite puis reliée à la grandeur température via la capacité thermique dans le cas d’une phase condensée. Les élèves ont alors été amenés à se questionner sur le moyen de parvenir à une modification de cette énergie interne ce qui a permis d’introduire le premier principe et deux types de transferts énergétiques, le travail et le transfert thermique. Enfin, les élèves ont été sensibilisés à la notion d’irréversibilité en abordant le phénomène de diffusion thermique.

Après avoir mis l’accent sur le passage fondamental d’une réalité microscopique à des grandeurs mesurables macroscopiques, cette partie propose, en s'appuyant sur des exemples concrets, de poursuivre la description et l’étude de la matière à l’échelle macroscopique, l'objectif étant d’aborder des applications motivantes. Les capacités identifiées doivent être introduites en s’appuyant dès que possible sur des dispositifs expérimentaux qui permettent ainsi leur acquisition progressive et authentique. Ces capacités se limitent à l’étude du corps pur subissant des transformations finies, excluant ainsi toute thermodynamique différentielle : le seul recours à une quantité élémentaire intervient lors de l’évaluation du travail algébriquement reçu par un système par intégration du travail élémentaire. En particulier, pour les bilans finis d’énergie, les expressions des fonctions d’état Um(T,Vm) et Hm(T,P) seront données si le système ne relève pas du modèle gaz parfait ou du modèle de la phase condensée incompressible et indilatable. Pour les bilans finis d’entropie, l'expression de la fonction d’état entropie sera systématiquement donnée et on ne s’intéressera pas à sa construction.

S'agissant de l'application des principes de la thermodynamique aux machines thermiques avec écoulement stationnaire, il s'agit d'une introduction modeste: les étudiants doivent avoir compris pourquoi l'enthalpie intervient mais l'essentiel n'est pas la démonstration (qui sera reprise en deuxième année) ; il s'agit en revanche d'orienter l'enseignement de la thermodynamique vers des applications industrielles réelles motivantes grâce à l'utilisation de diagrammes.

On utilisera les notations suivantes : pour une grandeur extensive A, a sera la grandeur massique associée et Am la grandeur molaire associée.

Objectifs généraux de formation

Il est essentiel de bien situer le niveau de ce cours de thermodynamique, en le considérant comme une introduction à un domaine complexe dont le traitement complet relève de la physique statistique, inabordable à ce stade. On s’attachera néanmoins, de façon prioritaire, à la rigueur des raisonnements mis en place (définition du système, lois utilisées...).

Outre la maîtrise des capacités reliées aux notions abordées, cette partie a pour vocation l’acquisition par l’étudiant des compétences transversales suivantes :

-    définir un système qui permette de faire les bilans nécessaires à l’étude

-    faire le lien entre un système réel et sa modélisation

-    comprendre qu’il peut exister plusieurs modèles de complexité croissante pour rendre compte des observations expérimentales

-    utiliser des tableaux de données ou des représentations graphiques complexes.

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Olivier

Professeur en lycée et classe prépa, je vous livre ici quelques conseils utiles à travers mes cours !