Avant-propos
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
Constantes
physiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .
Correspondance
d'unités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
I.
SYSTÈMES ET VARIABLES THERMODYNAMIQUES
1.
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .
2.
Systèmes thermodynamiques ouverts et fermés . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
3.
Variables thermodynamiques. Variance. État d’équilibre . . . . . . .
. . . . . .
Expérience
1 : Isolements mécanique et thermique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.
Principe zéro de la thermodynamique. Notion de température . . . . . . . . .
.
5.
Mesure de la température . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
6.
Équation d’état . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
a.
Équation d’état d’une substance chimique . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
Exercice
1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
Exercice
2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
b.
Dérivées partielles de l’équation d’état . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
c.
Autres équations d’état . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
7.
Variables intensives et extensives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .
8.
Transformations quasi statiques. Transformations réversibles . . . . . .
. . . .
Problème
1 : Coefficient a et ct
pour l’équation d’état de van der Waals
Problème
2 : Étude de l’eau au voisinage de son maximum de densité . . . .
.
II.
TRAVAIL ET CHALEUR
1.
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .
2.
Travail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.
Travail des forces de pression extérieure . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
Exercice
1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
Exercice
2 : Le travail dépend du chemin suivi . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
4.
Travail des forces de pesanteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
5.
Autres formes de travail mécanique . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .
Exercice
3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
6.
Travail électrique de charge d’une batterie . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .
7.
Travail fourni lors de la polarisation d’un diélectrique . . . . . . . . . . . . .
. .
8.
Travail fourni lors de l’aimantation d’une substance magnétique . . . . .
. .
9.
Notion de chaleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . .
Expérience
1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
a.
Chaleur élémentaire reçue par une substance divariante
dans une transformation
réversible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
b.
Chaleur latente de changement de phase . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
Exercice
4 : Relations entre les coefficients calorimétriques . . . . . . .
. . . . .
Exercice
5 : Formule de Reech . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .
Exercice
6 : Équation d’une adiabatique réversible d’un gaz parfait . .
. . . . .
c.
Exemple de mesure calorimétrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
Problème
1 : Étude d’un cycle de transformation du mercure . . . . . . . . .
. . .
Problème
2 : Vitesse du son dans un gaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .
III.
TRANSFERTS DE CHALEUR
1.
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .
2.
Conduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .
a.
Conductivité thermique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
b.
Mesure de la conductivité thermique . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
Exercice
1 : Conduction transversale de chaleur à travers la paroi d’un tube
c.
Variation de la conductivité thermique avec la température . . . . . . .
. . .
d.
Conduction en régime non permanent . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
3.
Convection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .
a.
Lois de la convection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
Exercice
2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
b.
Isolation thermique domestique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
Exercice
3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
4.
Rayonnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . .
a.
Lois de Stefan et de Planck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
Exercice
4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
b.
Corps noir. Corps gris . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
Exercice
5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
c.
Énergie solaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
Exercice
6 : Estimation théorique de la constante solaire . . . . . . . . . . . .
. . .
Exercice
7 : Effet de serre, capteur solaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
5.
Applications pratiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
a.
Échangeurs de chaleur industriels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
Exercice
8 : Échangeur à simple courant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
b.
Stockage des gaz liquéfiés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
Problème
1 : Échangeur à double courant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .
IV.
PREMIER ET SECOND PRINCIPES
1.
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .
2.
Premier principe. Énergie interne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .
a.
Énoncé du premier principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .
b.
Énergie interne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
Exercice
1 : Chutes du Niagara . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
3.
Second principe. Énoncé de Kelvin . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .
a.
Sources de chaleur et thermostats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
b.
Énoncé de Kelvin du second principe . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
4.
Cycles dithermes. Théorème de Carnot . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
a.
Définition des rendements des machines dithermes . . . . . . . . . . . . .
. . .
b.
Théorème de Carnot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
c.
Température thermodynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
d.
Inégalité de Clausius pour une machine ditherme . . . . . . . . . . . . . .
. . . .
Exercices
2, 3 et 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
e.
Énoncé de Clausius du second principe . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
f.
Réalisation pratique d’un cycle de Carnot . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
5.
Cycles polythermes et entropie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .
a.
Généralisations de l’inégalité de Clausius . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
Exercice
5 : Réfrigérateur à absorption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
b.
Définition de l’entropie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
Exercice
6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
Exercice
7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
c.
Conditions générales d’évolution d’un système . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
Exercice
8 : Degré d’irréversibilité lors d’un échauffement de l’eau . .
. . . .
Exercice
9 : Variation d’entropie lors d’un effet Joule . . . . . . . . . . . .
. . . . .
Exercice
10 : Travail massique minimum de fabrication de la glace . . . . . . .
d.
Notions de flux et de création d’entropie . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
6.
Conditions d’équilibre. Potentiels thermodynamiques . . . . . . . . . .
. . . . . .
a.
Système fermé thermiquement isolé . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
b.
Système fermé en contact avec un thermostat . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
Problème
1 :
La variation d’entropie de l’univers est positive ou nulle : applications . .
. .
Problème
2 : Chauffage et refroidissement thermodynamique d’une maison
V.
CONSÉQUENCES DES PRINCIPES
ET FONCTIONS ÉNERGÉTIQUES
1.
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .
2. Principales fonctions d’état et relations thermodynamiques
pour un système chimique . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
a.
Différentielle de l’énergie interne . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
b.
Cas d’un système ouvert, potentiel chimique . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
c.
Fonctions énergétiques et transformations de Legendre . . . . . . . . . .
. . .
d.
L’énergie libre ou fonction de Helmholtz F . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
e.
L’enthalpie H . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . .
f.
L’enthalpie libre ou fonction de Gibbs G . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
g.
Conséquences de l’extensivité des fonctions énergétiques . . . . . . . .
. . .
h.
Coefficients calorimétriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .
Exercice
1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
Exercice
2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
Exercice
3 : Identité des échelles thermométriques thermodynamique
et
des gaz parfaits . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Exercice
4 : Coefficients calorimétriques d’un gaz parfait . . . . . . . . . .
. . . .
Exercice
5 : Différence des capacités calorifiques du mercure . . . . . . . . .
. .
4. Mesures nécessaires à la détermination des fonctions d’état
d’une substance chimique
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.
Exercice
6 : Entropie expérimentale de la vapeur d’eau . . . . . . . . . . . . . .
. .
Exercice
7 : Grandeurs thermodynamiques d’un gaz parfait . . . . . . . . . .
. . .
5.
Étude de quelques transformations . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
a.
Transformation isotherme réversible . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
Exercice
8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
b.
Transformation isobare réversible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
c.
Détente ou compression isentropique . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
Exercice
9 : Détente isentropique de l’air . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
d.
Détente iso énergétique de Joule Gay-Lussac . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
Exercice
10 : Détente de Joule d’un gaz parfait . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
e.
Détente isenthalpique de Joule-Kelvin . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
6.
Équilibre et inégalités thermodynamiques . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
a.
Équilibres mécanique et thermique . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
b.
Inégalités thermodynamiques fondamentales . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .
Exercice
11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
7. Fonctions thermodynamiques des substances
diélectriques . . . . . . . . . . . .
a.
Fonctions énergétiques attachées à l’ensemble diélectrique
et champ électrique . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Exercice
12 : Dénivellation d’un liquide diélectrique dans un condensateur
b.
Fonctions énergétiques volumiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
Exercice
13 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
c.
Cas d’un diélectrique linéaire et isotrope . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
d.
Énergie libre propre au diélectrique . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
8. Fonctions thermodynamiques des substances
magnétiques . . . . . . . . . . . . .
a.
Fonctions énergétiques attachées à l’ensemble substance
et champ magnétique . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
b.
Fonctions énergétiques volumiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
c.
Enthalpie libre propre à la substance magnétique . . . . . . . . . . . . . .
. . .
Exercice
14 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
Problème
1 : Détentes iso énergétiques d’un gaz de van der Waals . . . . .
. .
Problème
2 : Développement du viriel des grandeurs thermodynamiques
d’un
gaz et température maximum d’inversion de
l’effet Joule - Kelvin
Problème
3 : Détente adiabatique avec un nombre de moles variable . . . . . .
Problème
4 : Étude thermodynamique d’un diélectrique liquide
dans
un condensateur . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
VI.
PROPRIÉTÉS THERMODYNAMIQUES DE LA MATIÈRE
1.
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .
2.
Propriétés générales de l’équation d’état d’une substance pure
. . . . . . . . .
a.
Équation d’état des gaz réels sous des pressions modérées . . . . . . .
. . .
Exercice
1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
b.
Étude du second coefficient viriel . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
c.
Surface équation d’état d’une substance pure . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
d.
Le plan (T, P), courbes d’équilibre . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
Expérience
1 : Utilisation du diagramme des phases
du dioxyde de carbone
CO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .
e.
Le plan (V, P) ou diagramme de Clapeyron . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .
Expérience
2 : Tubes de Natterer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
f.
Chaleur latente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
g.
Formes analytiques de l’équation d’état d’un fluide . . . . . . .
. . . . . . . . .
Exercice
2 : Coordonnées du point critique et équation d’état réduite . .
. . . .
h.
Équations d’état des phases condensées isotropes . . . . . . . . . .
. . . . . . .
3.
Notions sur la structure de la matière . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
a.
Les gaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .
b.
Solides cristallisés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
Exercice
3 : Énergie de cohésion des cristaux de gaz rares . . . . . . . . . . .
. . .
c.
Les liquides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
d.
Les verres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . .
e.
Cristaux liquides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
4.
Propriétés thermiques des substances chimiques pures . . . . . . . . . . .
. . . .
a.
Capacités calorifiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
b.
Diagrammes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
Exercice
4 : Utilisation du diagramme entropique . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . .
Exercice
5 : Détente de Joule-Kelvin et détente isentropique . . . . . . . . .
. . .
Problème
1 : Comparaison de la courbe d’inversion de l’effet Joule -
Kelvin d’un
gaz de van der Waals et de quelques gaz réels . . . . . . . . . . . .
Problème
2 : Désaimantation adiabatique d’une substance paramagnétique
VII.
THERMODYNAMIQUE APPLIQUÉE
1.
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .
2.
Thermodynamique d’un fluide en écoulement . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
3.
Principe de fonctionnement des tuyères et des turbines . . . . . . . . . . .
. . . .
a.
Les tuyères . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . .
Exercice
1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
b.
Les turbines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
4.
Moteurs à vapeur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . .
a.
Cycle de Carnot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
Exercice
2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
b.
Cycle de Hirn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
Exercice
3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
c.
Autres cycles à vapeur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
5.
Moteurs à combustion interne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
a.
Cycle d’Otto-Beau de Rochas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
Exercice
4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
b.
Cycle de Diesel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
Exercice
5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
c.
Turbine à gaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
Exercice
6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
6.
Réfrigérateurs et pompes à chaleur . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
7.
Liquéfacteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .
a.
Liquéfacteurs Philips . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
Exercice
7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
b.
Machine de Linde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
Exercice
8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
Exercice
9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
Problème
1 : Tuyère de fusée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
Problème
2 : Étude d’un cycle de Hirn pratique . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .
VIII.
SYSTÈMES CHIMIQUES HOMOGÈNES.
MÉLANGES ET SOLUTIONS
1.
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .
2. Fractions
molaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
3.
Grandeurs molaires partielles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
4. Grandeurs de
mélange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
5. Mesure des grandeurs molaires
partielles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Exercice
1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
6.
Rôle particulier des potentiels chimiques . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
7.
Relation de Gibbs - Duhem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
Exercice
2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
8.
Mélange parfait de gaz parfaits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
Exercice
3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
9.
Mélanges idéaux. Activité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
10.
Solutions diluées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
Problème
1 : Mélange benzène-cyclohexane solution régulière . . . . . . . .
. . .
IX.
CONDITIONS D'ÉQUILIBRE DES SYSTÈMES HÉTÉROGÈNES
1.
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .
2.
Systèmes hétérogènes. Phases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
Exercice
1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
3.
Conditions d’équilibre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . .
Expérience
1 : Vitesse d’établissement spontané de l’équilibre chimique . . .
Exercice
2 : Équation des courbes de sublimation et de vaporisation
d’un
gaz monoatomique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
Exercice
3 : Pression de vapeur en présence d’un gaz étranger . . . . . . . .
. . .
Exercice
4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
4.
Variance. Règle de phases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
5.
Sens du flux de matière. Osmose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .
a.
Sens du flux de matière . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
b.
Phénomène d’osmose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
Exercice
5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
Expérience
2 : Effusion d’hydrogène dans l’atmosphère à travers
une
paroi de palladium chaud . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
c.
Pression osmotique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
Exercice
6 : Détermination d’une masse molaire
par mesure de la pression
osmotique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.
Conditions de stabilité d’un équilibre chimique . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
Exercice
7 : Démixtion d’une solution binaire régulière . . . . . . . . . . .
. . . . .
7.
Systèmes où ont lieu des réactions chimiques . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
a.
Description d’une réaction chimique . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
Exercice
8 : Réaction de synthèse de l’ammoniac . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .
b.
Chaleur de réaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
Exercice
9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
c.
Sens d’évolution et équilibre d’une réaction. Loi d’action de masse . .
.
d.
Réaction en phase gazeuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .
Exercice
10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
Exercice
11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
e.
Lois de modération . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
Problème
1 : Étude d’un système chimique binaire mono variant . . . . . . .
. .
Problème
2 : Étude de la basse atmosphère terrestre . . . . . . . . . . . . . . . .
. . .
Problème
3 : Étude d’une pile électrique la pile Daniell . . . . . . . . . . .
. . . . .
X.
CHANGEMENTS DE PHASE
1.
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .
2.
Équilibre des phases d’une substance pure . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
a.
Diagramme des phases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .
b.
Construction de Maxwell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .
c.
Chaleur latente et courbe de coexistence . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
d.
Étude expérimentale de la chaleur latente . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
e.
Équation de Clapeyron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
Exercice
1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
f.
Étude de la pente des courbes d’équilibre . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
Expérience
1 : Regel de la glace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
g.
Phénomènes et exposants critiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
3.
Changement de phase conducteur-supraconducteur . . . . . . . . . . . . . . . .
. .
a.
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
b.
Propriétés en champ magnétique. Effet Meissner . . . . . . . . . . . .
. . . . . .
Expérience
2 : Expérience de l’aimant flottant . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .
c.
Étude thermodynamique de la transition . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
Exercice
2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
4.
Phénomènes de surface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
a.
Nature physique du phénomène . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
b.
Thermodynamique des surfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
c.
Variation de γ avec la température . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
Problème
1 : Formation d’une goutte. Retard à la condensation . . . . . . .
. . .
Problème
2 : Changement de phase d’un mélange binaire . . . . . . . . . . . .
. . .
XI.
TROISIÈME PRINCIPE
1.
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .
2.
Énoncé et interprétation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . .
3.
Conséquence du troisième principe et vérifications expérimentales . .
. . .
a.
Substance pure sous une seule phase . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
Exercice
1 : Tension superficielle au voisinage du zéro absolu . . . . . . . . .
.
b.
Équilibre entre deux phases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .
Exercice
2 : Fusion de 4He au voisinage de T = 0 K . . . . . . . . . . . . . . . . .
. .
c.
Phases métastables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
Exercice
3 : Entropie d’une phase métastable de l’étain à T = 0 K . . . . . . .
.
d.
Composés chimiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
4.
Entropie résiduelle à T = 0 K . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
5.
Impossibilité d’atteindre le zéro absolu . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
BIBLIOGRAPHIE
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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INDEX
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