Thème 3 : L’énergie conversions et transferts
Chapitre 17 : décrire un système thermodynamique : exemple du modèle du gaz parfait
Page 1 sur 2 1. Définition d’un système thermodynamique
La matière est constituée d'un nombre d'entités (atomes, ions ou molécules) trop important pour permettre l'application simple des lois de la mécanique à l'échelle microscopique.
Si le comportement individuel de chaque entité est inaccessible, leur comportement collectif peut cependant être décrit grâce à des grandeurs physiques macroscopiques mesurables à l'échelle humaine, comme la température, le volume, la masse volumique ou la pression.
Définition : Un système thermodynamique est un ensemble d’entités (particules, atomes, ions, molécules). Son état est caractérisé par des grandeurs macroscopiques qui décrivent les propriétés moyennes, à l’échelle microscopiques des entités qui le constituent.
2. Les grandeurs macroscopiques
3. La pression p
La pression p, exprimée en pascals (Pa), mesure l’action mécanique que le système exerce sur une surface plane d’aire S. Elle permet de mesurer l’intensité des chocs des molécules avec les parois du récipient qui les contient.
La force pressante est perpendiculaire à cette surface, de norme
4. Définition de la température thermodynamique:
En thermodynamique, on définit la température thermodynamique T, appelée aussi température absolue, exprimée en kelvin(K), comme proportionnelle à l’énergie cinétique microscopique moyenne des molécules.
La température thermodynamique T reflète l’agitation à l’échelle microscopique : on parle ……….
………...
Remarque :
1) T est relié à la température en de l’échelle Celsius par la relation suivante :
2) Quand il n’y a plus d’agitation des particules microscopiques d’un système, la température thermodynamique est nulle : T = 0 K, c’est le zéro absolu.
5. Le modèle du gaz parfait
A l’échelle microscopique, un gaz est décrit par un ensemble de particules (des atomes ou des molécules) distantes les unes des autres en mouvement incessant. Les valeurs prises par les grandeurs macroscopiques mesurées (la pression P, la température T et la masse volumique ) sont liées aux propriétés des constituants microscopique du gaz. Ces grandeurs sont interdépendantes, c’est-à-dire que la variation de l’une d’entre elles modifie la valeur d’au moins une des deux autres.
Grandeur macroscopique Température Pression Masse volumique
Symbole T P
Unité (USI) Autres
K (°C ; °F)
Pa
(mm de Hg, bar, atm)
kg/m3 (g/L ; g/mL ; g/cm3)
Mesure Thermomètre Manomètre Par mesure de masse et de
volume puis un calcul
Thème 3 : L’énergie conversions et transferts
Chapitre 17 : décrire un système thermodynamique : exemple du modèle du gaz parfait
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A l’échelle macroscopique Comportement à l’échelle microscopique
6. Equation d’état des gaz parfaits
Soit un système formé par une quantité n de gaz parfait. Sa pression p, sa température T et son volume V vérifient la relation suivante :
7. Limites du modèle du gaz parfait
A de ……….. allant jusqu’à quelques bars (1MPa= 106Pa), c’est-à-dire lorsque les molécules qui constituent le gaz sont très éloignées les unes des autres, un gaz se comporte comme un……..
………
………, on ne peut plus négliger le volume occupé par les molécules devant le volume occupé par le gaz. Il existe, alors, des interactions importantes entre les molécules du gaz. ………
……….………
Enfin, à basse température, l’énergie cinétique devient trop faible : on ne peut plus négliger l’énergie d’interaction. ……….………
D’autres modèles permettent alors une description plus adaptée.
Exercices : 27 p 352, 31 p 353 (corrigé dans le livre), 30 p 353, 32 p 353
R : constante des gaz parfaits (ou Pa.m3.K-1.mol-1) p : pression du gaz en Pa
V : volume en m3 T : température en K
n : quantité de matière en mol
