(Quiz no. 1) (Quiz no. 1)

(1)

CONCEPTS FONDAMENTAUX CONCEPTS FONDAMENTAUX

(Chapitre 1) (Chapitre 1)

(Quiz no. 1) (Quiz no. 1)

(Thermodynamique, une approche pragmatique(Thermodynamique, une approche pragmatique, Y. , Y. ÇÇengelengel, , M.A.

M.A. BolesBoles, M. Lacroix, , M. Lacroix, CheneliChenelièèrere--McGrawMcGraw--Hill, 2008)Hill, 2008) (lecture obligatoire pour Quiz no. 1: pages 1 à 29)

Marcel Lacroix Marcel Lacroix Universit

Universit é é de Sherbrooke de Sherbrooke

(2)

Mots cl

Mots cl é é s s

• Systèmes et volumes de contrôle

• Variables thermodynamiques

• États, évolutions et cycles

• Masse volumique

• Température

• Pression

(3)

M. Lacroix Définitions et concepts 3

OBJECTIFS OBJECTIFS

• Poser quelques définitions.

• Présenter quelques concepts

fondamentaux.

(4)

THERMODYNAMIQUE THERMODYNAMIQUE

• Science qui traite de l’énergie ainsi que des

propriétés des substances.

(5)

É É NERGIE NERGIE

• Énergie: aptitude à produire du travail.

• Quelques formes d’énergie:

cinétique

chimique

électrique

solaire

éolienne

nucléaire

Unité S.I. : Joule

(6)

CHALEUR CHALEUR

• Chaleur: forme d’énergie transmise d’un point à haute température vers un point à basse température.

Unité S.I. : Joule

(7)

TRAVAIL ET PUISSANCE TRAVAIL ET PUISSANCE

• Travail: action de transférer de l’énergie.

• Puissance: taux auquel le travail est fait (Joule/seconde=Watt).

•L’énergie permet de produire un travail

comme l’argent permet

de dépenser.

(8)

THERMODYNAMIQUE:

INT INT É É RÊT RÊT

• Convertir et utiliser diverses formes d’énergie.

FOSSILE;

NUCLÉAIRE;

SOLAIRE;

BIOMASSE;

CHALEUR

TRAVAIL PROPULSION

TRAVAIL ÉLECTRICITÉ

(9)

EXEMPLE DE TRANSFORMATION D

EXEMPLE DE TRANSFORMATION D’É’ÉNERGIE:NERGIE:

RRÉÉACTEUR NUCLACTEUR NUCLÉÉAIRE PWRAIRE PWR

(10)

EXEMPLE DE TRANSFORMATION D

EXEMPLE DE TRANSFORMATION D’É’ÉNERGIE:NERGIE:

MOTEUR

MOTEUR ÀÀ COMBUSTIONCOMBUSTION

(11)

EXEMPLE D

EXEMPLE D’’UTILISATION DUTILISATION D’É’ÉNERGIE:NERGIE:

CHAUFFAGE D

CHAUFFAGE D’’EAU SANITAIREEAU SANITAIRE

(12)

SYST SYST È È ME THERMODYNAMIQUE ME THERMODYNAMIQUE

• Ensemble d’éléments qui fait l’objet d’une étude.

(13)

VOLUME DE CONTRÔLE VOLUME DE CONTRÔLE

• Volume schématique choisi représentant une partie ou la

totalité d’un système thermodynamique et dont les frontières peuvent être traversées par de la masse, de la chaleur, du

travail et/ou de la quantité de mouvement.

SYSTÈME OUVERT SYSTÈME FERMÉ

(14)

M. Lacroix 14

(15)

M. Lacroix 15

(16)

(17)

M. Lacroix 17

(18)

DESCRIPTION DE SYST

DESCRIPTION DE SYST È È MES MES

• MACROSCOPIQUE: Comportement

d’ensemble (exemple: gaz, population, etc.).

• MICROSCOPIQUE: Comportement local

(exemple: molécules, individus, etc.).

(19)

VARIABLES VARIABLES

THERMODYNAMIQUES THERMODYNAMIQUES

• Caractéristiques macroscopiques d’un système.

• Variables intensives: indépendantes de la masse (pression, température, masse

volumique).

• Variables extensives: dépendantes de la

masse (masse totale, volume, quantité de

mouvement).

(20)

M. Lacroix 20

(21)

PHASE ET

PHASE ET É É TAT TAT

• PHASE: Quantité de matière entièrement homogène.

• ÉTAT: Substance peut exister dans des états

différents définis par des variables macroscopiques observables: température, pression, densité.

(22)

M. Lacroix 22

(23)

M. Lacroix 23

(24)

É É QUILIBRE THERMODYNAMIQUE QUILIBRE THERMODYNAMIQUE

• Équilibre mécanique, chimique, thermique, électrique, nucléaire, etc.

• Moteur d’une voiture roulant à vitesse constante sur autoroute.

• Café ou bière à la température de la pièce.

• Ordinateur fonctionnant en régime établi.

• Réacteur nucléaire répondant à un appel constant de puissance.

(25)

M. Lacroix 25

(26)

É É VOLUTION VOLUTION

• Lieu des états successifs par lesquels le système passe.

• L’évolution est réversible lorsque, après avoir été décrite, elle peut être inversée en ne faisant

subsister aucun changement dans le système ni dans le milieu ambiant.

(27)

M. Lacroix 27

(28)

É É VOLUTION QUASI STATIQUE VOLUTION QUASI STATIQUE

• Évolution au cours de laquelle la déviation de l’équilibre thermodynamique est

infinitésimale.

Les petites masses ajoutées ou retranchées sur le piston permettent une compression ou un détente quasi statique du fluide

(29)

M. Lacroix 29

(30)

M. Lacroix 30

É É VOLUTION EN R VOLUTION EN R É É GIME PERMANENT GIME PERMANENT

(31)

M. Lacroix 31

É É VOLUTION EN R VOLUTION EN R É É GIME PERMANENT GIME PERMANENT

(32)

CYCLE 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.

Cycle de Rankine dans une centrale thermique

(33)

MASSE VOLUMIQUE ET MASSE VOLUMIQUE ET

VOLUME MASSIQUE VOLUME MASSIQUE

SUBSTANCE

AIR (27⁰C) 1,16 0,86

EAU LIQUIDE (27⁰C) 966,2 0,001035 EAU VAPEUR (27⁰C) 0,0258 38,77

) /

(m³ kg ν

) /

)(

0 (

lim ₃

m V kg

m V →

ρ =

Masse volumique

) /

1 ( ₃

kg m

v ⁼ ρ Volume massique

) /

(kg m³ ρ

(34)

PRESSION PRESSION

) /

)(

0 (

lim

₂

m A N

F

P A

^normale

= →

kPa atm

atmosphere

MPa kPa

Pa Bar

m N

Pa Pascal

325 ,

101 1

1 ; 1

. 0 100

10 1

; /

1 1

1

5

2

=

(35)

PRESSION PRESSION

EXEMPLE S.I.

(kPa)

BRITISH (lbf/po²)

ATMOSPHÉRIQUE ~100 ~14,7

PNEU (voiture) ~240 ~35

PISCINE (10 mètres) ~200 ~29,4

(36)

PRESSION PRESSION

P_atm

P_effective

P_abs

vide absolu

P_abs=P_atm+P_effective

Pression absolue = pression

atmosphérique + pression effective

(37)

TEMP TEMP É É RATURE RATURE

• 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.

• La température est une mesure de l’énergie potentielle thermique.

• La température est à la chaleur ce que la hauteur est à l’énergie potentielle

gravitationnelle!

(38)

É É CHELLES DE TEMP CHELLES DE TEMP É É RATURES RATURES

15 ,

273 )

( )

( K = T

⁰

C + T

460 )

( )

(

⁰

R = T

⁰

F + T

(Kelvin) (Rankine)

(39)

TEMP TEMP É É RATURE RATURE

EXEMPLE ⁰C S.I. (K) BRITISH (⁰F)

CHAMBRE ~25 ~298 ~77

CORPS HUMAIN ~37 ~310 ~99

FOUR DOMESTIQUE ~200 ~473 ~400

(40)

EXERCICES SUGG

EXERCICES SUGG É É R R É É S S

Chapitre 1, THERMODYNAMIQUE, une approche pragmatique, Y.A. Çengel, M.A. Boles et M. Lacroix, Chenelière-McGraw-Hill, 2008.

Les exercices dont le numéro est suivi de la

lettre ‘C’ et les exercices numéro 1.7, 1.30, 1.32, 1.38, 1.39, 1.88, 1.92, 1.93