Questions de cours:
- Chapitre 21: Description d'un système thermodynamique à l'équilibre
- Échelles microscopique, mésoscopique, et macroscopique. Libre parcours moyen (démo).
- Définir l’échelle mésoscopique et en expliquer la nécessité.
- Préciser les paramètres nécessaires à la description d’un état microscopique et d’un état macroscopique sur un exemple
- Citer quelques ordres de grandeur de libres parcours moyens.
- Distribution des vitesses moléculaires d’un gaz (homogénéité et isotropie).
- Vitesse quadratique moyenne.
- Pression cinétique (démo). Utiliser un modèle unidirectionnel avec une distribution discrète de vitesse pour montrer que la pression est proportionnelle à la masse des particules, à la densité particulaire et au carré de la vitesse quadratique moyenne.
- Température cinétique (démo). Exemple du gaz parfait monoatomique : Ec = 3/2kT. (Attention, le théorème de l'équipartition de l'énergie doit être rappelé).
- Calculer l’ordre de grandeur d’une vitesse quadratique moyenne dans un gaz parfait.
- Système thermodynamique.
- Identifier et définir un système ouvert, un système fermé, un système isolé.
- Pression, température, volume.
- Grandeur extensive, grandeur intensive.
- Equation d’état. Exemples du gaz du gaz parfait (loi des gaz parfaits) et d’une phase condensée indilatable et incompressible.
- Équilibre thermodynamique.
- État d’équilibre d’un système soumis aux seules forces de pression.
- Calculer une pression à partir d’une condition d’équilibre mécanique.
- Déduire une température d’une condition d’équilibre thermique.
- Citer quelques ordres de grandeur de volumes molaires ou massiques dans les conditions usuelles de pression et de température.
- Citer et utiliser l’équation d’état des gaz parfaits.
- Énergie interne d’un système. Capacité thermique à volume constant dans le cas du gaz parfait
- Exprimer l’énergie interne d’un gaz parfait monoatomique à partir de l’interprétation microscopique de la température.
- Énergie interne et capacité thermique à volume constant d’une phase condensée considérée incompressible et indilatable.
- Approximation des phases condensées peu compressibles et peu dilatables.
- Première loi de Joule (gaz parfait + phase condensée incompressible, indilatable)
- Différence gaz parfait/gaz réel. Comparer le comportement d’un gaz réel au modèle du gaz parfait sur des réseaux d’isothermes expérimentales en coordonnées de Clapeyron ou d’Amagat.
- Chapitre 22: Energie échangée au cours d'une transformation
- Transformation thermodynamique subie par un système.
- Définitions des évolutions isochore, isotherme, isobare, monobare, monotherme, quasi-statique.
- Définir un système adapté à une problématique donnée.
- Exploiter les conditions imposées par le milieu extérieur pour déterminer l’état d’équilibre final.
- Travail des forces de pression (démo).
- Travail dans le cadre des transformations isochore et monobare.
- Évaluer un travail par découpage en travaux élémentaires et sommation sur un chemin donné dans le cas d’une seule variable.
- Interpréter géométriquement le travail des forces de pression dans un diagramme de Clapeyron.
- Caractère moteur ou récepteur d’un cycle en fonction du sens parcouru sur le diagramme de Clapeyron
- Transferts thermiques.
- Transformation adiabatique.
- Thermostat, transformations monotherme et isotherme.
- Distinguer qualitativement les trois types de transferts thermiques : conduction, convection et rayonnement.
- Identifier dans une situation expérimentale le ou les systèmes modélisables par un thermostat.
- Chapitre 23: Premier principe de la thermodynamique
Les transitions de phase ne sont pas encore au programme
- Premier principe de la thermodynamique. (formes intégrée, infinitésimale et en terme de puissance)
- Définir un système fermé et établir pour ce système un bilan énergétique faisant intervenir travail et transfert thermique.
- Utiliser le premier principe de la thermodynamique entre deux états voisins.
- Montrer qu'une transformation isotherme ne peut pas être adiabatique s'il y a apport de travail.
- Exploiter l’extensivité de l’énergie interne.
- Calculer le transfert thermique sur un chemin donné connaissant le travail et la variation de l’énergie interne.
- Enthalpie d’un système.
- Exprimer le premier principe sous forme de bilan d’enthalpie dans le cas d’une transformation monobare avec équilibre mécanique dans l’état initial et dans l’état final.
- Capacité thermique à pression constante dans le cas du gaz parfait et d’une phase condensée incompressible et indilatable.
Exercices
- Chapitre 20: Mécanique du solide
- Définition d’un solide indéformable.
- Reconnaître, définir et décrire une translation rectiligne ainsi qu’une translation circulaire.
- Rotation, Décrire la trajectoire d’un point quelconque du solide et exprimer la vitesse des points du solide en fonction de sa distance à l’axe et de la vitesse angulaire.
- Moment cinétique d’un solide en rotation autour d’un axe : moment d’inertie (démo de la formule mais le calcul d’un moment d’inertie pour un solide donné n’est pas au programme)
- Relier qualitativement le moment d’inertie à la répartition des masses.
- Théorème scalaire du moment cinétique appliqué au solide mobile autour d’un axe fixe.
- Exploiter, pour un solide, la relation entre le moment cinétique scalaire, la vitesse angulaire de rotation et le moment d’inertie fourni.
- Définir un couple de forces.
- Définir une liaison pivot et justifier le moment qu’elle peut produire.
- Théorème scalaire du moment cinétique appliqué au solide en rotation autour d’un axe fixe dans un référentiel galiléen.
- Exploiter le théorème scalaire du moment cinétique appliqué au solide en rotation autour d’un axe fixe dans un référentiel galiléen.
- Pendule de torsion: établir l’équation du mouvement, établir une intégrale première du mouvement.
- Pendule pesant: établir l’équation du mouvement, établir une intégrale première du mouvement.
- Énergie cinétique d’un solide en rotation autour d’un axe fixe (démo).
- Utiliser l’expression de l’énergie cinétique, l’expression du moment d’inertie étant fournie.
- TEC d’un solide en rotation (démo).
- Établir, dans ce cas, l’équivalence entre le théorème scalaire du moment cinétique et celui de l’énergie cinétique.
- Système déformable. Théorème de l’énergie cinétique pour un système déformable.
- Utiliser sa nullité dans le cas d’un solide.
- Chapitre 21: Description d'un système thermodynamique à l'équilibre
