PCSI A - physique - Le cahier de texte 2009-2010

T0 Un peu d'histoire
T1 Introduction à la thermodynamique
TD
Correction des exercices du TD Thermodynamique n°1 et de l'exercice 3 du TD Electrocinétique n°5

DM
Distribution du DM n°9à faire pour le 1er mars

T2 Systèmes gazeux

I. Approche microscopique

1) L'état gazeux
Forces intermoléculaire, agitation thermique
2) Distribution des vitesses
équilibre, homogénéité, isotropie, vitesses caractéristiques
3) Hypothèses d'interaction : modèle du gaz parfait monoatomique

II. Le gaz parfait monoatomique

1) Calcul de la pression
Définition, animation sur la pression, Choix d'un modèle, pression cinétique
2) Température cinétique - équation d'état
Définition de la température cinétique, équation d'état

TD
Distribution du TD Thermodynamique n°2 et correction de l'exercice 1
DM
Distribution de la correction du DM n°9

T2 Systèmes gazeux

II. Le gaz parfait monoatomique

3) Énergie interne
définition, cas du gaz parfait monoatomique, polyatomique, capacité thermique à volume constant

III. Gaz réel - Phase condensée

1) Modèle de Van der Waals
niveau microscopique, équation d'état, énergie interne
2) Coefficients thermoélastiques
coefficient de dilatation isobare, coefficient de compressibilité isotherme, exemples

T2 Systèmes gazeux

III. Gaz réel - Phase condensée

3) Modélisation d'une phase condensée
équation d'état, masse volumique et densité, énergie interne

TD
Correction des exercices 2, 3, 4, 6 et 7 du TD thermodynamique n°2
DM
Distribution du DM n°10 à faire pour le lundi 17 mars

Interrogation de cours n°15


T3 Éléments de statique des fluides

I. Étude générale de la statique de fluides

1) L'état fluide
définition, caractéristiques, particule de fluide
2) Champ de forces dans un fluide
3) Relation fondamentale de la statique des fluides

II. Applications

1) Cas d'un fluide incompressible
Champ de pression, validité du modèle, applications

T3 Eléments de statique des fluides

II. Applications

2) Cas de l'atmosphère isotherme
Modèle, champ de pression, interprétation statistique
3) Etude de l'atmosphère à gradient de température

III. Actions exercées par les fluides au repos - Poussée d'Archimède

1) Calcul direct des forces de pression
2) Poussée d'Archimède
3) Applications
Iceberg, Glaçon, Ballon ascensionnel, Ludion, Vidéo "barquette", Vidéo "Un oeuf dans de l'eau salée"

Interrogation de cours n°16


T4 Premier principe de la Thermodynamique
Transformation d'un système thermodynamique

I. Premier principe

1) Enoncé
Non conservation de l'énergie mécanique, Energie totale-Energie Mécanique-Energie interne, Enoncé du premier principe
2) Travail des forces de pression
Cas d'une transformation lente, cas d'une transformation brutale, représentation graphique
3) Transfert thermique
Transformation isochore, monobare - enthalpie, capacité thermique à pression constante

T4 Premier principe de la Thermodynamique
Transformation d'un système thermodynamique

I. Premier principe

1) Enoncé
Non conservation de l'énergie mécanique, Energie totale-Energie Mécanique-Energie interne, Enoncé du premier principe
2) Travail des forces de pression
Cas d'une transformation lente, cas d'une transformation brutale, représentation graphique
3) Transfert thermique
Transformation isochore, monobare - enthalpie, capacité thermique à pression constante

II. Bilans énergétiques lors d'une transformation d'un GP

1) formules de base
2) Transformation infiniment lente
isotherme, isobare, isochore, adiabatique, cycle de Carnot
3) Transformation brutale

T4 Premier principe de la Thermodynamique

III. Applications

1) Détente de Joule-Gay Lussac
Description de l'expérience, cas du gaz parfait, cas du gaz de Van Der Waals


TD
Correction des exercices 3 et 6 du TD Thermodynamique n°3 et de l' exercice 1 du TD thermodynamique n°4.
DM
Distribution du Devoir maison n°11 à rendre pour le vendredi 2 avril

Interrogation de cours n°17


T4 Premier principe de la Thermodynamique

III. Applications

2) Détente de Joule-Thomson
Description de l'expérience, cas du gaz parfait, cas d'un gaz réel
3) Mesures des capacités thermiques massiques
détermination de la valeur en eau du calorimètre, méthode des mélanges, méthode électrique

T5 Second principe de la Thermodynamique

I. Notion d'irréversibilité

1) Insuffisance du premier principe
détente de Joule-Gay Lussac, Mise en contact thermique, conclusion
2) Causes d'irréversibilité
3) Modèle de la réversibilité

II. Le second principe de la Thermodynamique

1) Enoncé
2) Expression de l'entropie
Pression et température thermodynamique, identités thermodynamiques, cas du gaz parfait

Correction des exercices 3, 4, 5, 6 du TD Thermodynamique n°4

T5 Second principe de la Thermodynamique

II. Le second principe de la Thermodynamique

3) Diverses formes dérivées du second principe
Cas d'une transformation réversible, évolution monotherme, bilan d'entropie

III. Applications du second principe

1) Détentes de gaz parfait
2) Contact thermique entre deux solides
3) Compression monotherme d'un gaz parfait
évolution quasistatique, évolution brutale

IV. Interprétation statistique de l'entropie

1) Entropie statistique
hypothèses, macroétat, microétats, nombre de complexions, démarche de Boltzmann
2) Application : Détente de Joule Gay-Lussac d'un GP
3) Troisième principe de la Thermodynamique

Interrogation de cours n°18


T6 Machines Thermiques

I. Généralités sur les machines thermiques

1) Définitions
Source de chaleur ou thermostat, sources mécanique, machines thermiques
2) Machine monotherme
3) Machine ditherme-diagramme de Raveau

T6 Machines Thermiques

II. Moteur thermique ditherme

1) rendement
2) Théorème de Carnot
3) Application : Moteur à explosion à essence
Principe, système réel, système modèle : cycle de Beau de Rochas, rendement
4) Moteur de Stirling, Principe, vidéo

III.Recepteurs dithermes

1) Généralités
2) Machines frigorifiques
3) Pompe à chaleur

Correction des exercices 2,3, 6 et 7 du TD Thermodynamique n°5

T6 Machines thermiques

IV. Machines avec écoulement de fluide

1) Position du problème
2) Application du premier principe
3) Application du second principe
4) Applications -Géothermie

T7 Transitions de phases du corps pur

I. Généralités

1) Vocabulaire
2) Approche expérimentale T(t)
3) Digramme (P,T) d'équilibre d'un corps pur.
Mise en évidence du fluide hypercritique

II. Etude thermodynamique d'une transition de phase

1) Enthalpie de changement d'état
2) Energie interne de transition de phase
3) Entropie de changement d'état
Exercice d'application

T7 Transitions de phases du corps pur

II. Etude dans le diagramme de Clapeyron

1) Isotherme d'un corps pur dans le diagramme (P,v)
2)Analyse d'un mélange diphasé
3) Transformations isothermes, isobares, isochores, isotitre

Résumé des chapitres T6 et T7
TD
Correction des exercices 6 du TD 6 et de l'exercice 1 du TD7 de Thermodynamique