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Thermodynamique

La thermodynamique est une théorie physique qui permet d'établir des relations entre des grandeurs physiques caractérisant le système physique qu'on se propose d'analyser. Ces grandeurs correspondent à des propriétés macroscopiques observées. L'usage de cette approche est motive par la nécessité de construire une phénomenologie lorsque les processus microscopiques ne sont pas maîtrisés ou qu'ils sont trop complexes. La thermodynamique n'est pas simplement une théorie de la chaleur et des machines thermiques. Cet ouvrage s'efforce de montrer que la démarche thermodynamique peut s'appliquer à un grand nombre de phénomènes très différents, en chimie, en physique et permet l'analyse de toutes sortes de processus de transport et de diffusion propres aux métiers de l'ingénieur. L'apprentissage de la thermodynamique présente un double défi. Il y a d'une part la découverte de phénomènes encore peu ou pas connus. D'autre part, la modélisation de ces phénomènes dans le langage mathématique de la thermodynamique n'évoque pas le lien rassurant de cause a effet qui est naturel en mécanique. Trop souvent la thermodynamique est enseignée par des spécialistes de l'une de ses applications. L'étudiant se trouve alors troublé par l'impression de confusion que donne un discours rationnel, mais non structuré. Malheureusement, dans cette approche de spécialiste, on tend à confondre les lois fondamentales, les modèles relatif à un système physique particulier, la réalité et sa modélisation mathématique. Dans cet ouvrage, la thermodynamique est présentée comme une théorie physique qui repose sur deux principes se rapportant a l'énergie et l'entropie, augmentés de lois de bilan pour d'autres grandeurs physiques. Grâce a ce choix, l'énergie et l'entropie ont le statut de fonctions d'état, ce qui épargne à l'étudiant la necessité de maîtriser le sens physique des différentielles mathématiques. Cela rend la thermodynamique accessible avec un bagage mathématique élémentaire. La notion d'entropie est introduite dès l'abord. On peut alors s'engager dans une description de machines thermiques idéales (sans dissipation) permettant à l'étudiant de manipuler cette grandeur sur des cas simples comme les cycles thermodynamiques opérés sur un gaz parfait. La notion d'entropie se comprend donc par la considération d'expériences inutitivement claires et par des calculs. Cette compréhension est renforcée par la considération de processus hors équilibre, en particulier pour des systèmes mécaniques ou interviennent des frottements. Les auteurs de cet ouvrage estiment qu'une place prépondérante doit être donnée à un enseignement des phénomènes irreversibles. Les travaux élabo- rés dans la periode allant approximativement de 1935 à 1965 sont parvenus à une forme aboutie parfaitement accessibles a des étudiants s'engageant dans l'étude de la thermodynamique. Cette physique des milieux continus permet de mettre en jeu la notion de chaleur, de convection et conduction thermique, ainsi que les lois de la mécanique et les phénomènes de transport. Les relations classiques de la thermostatique y apparaissent explicitement comme les relations caractérisant les états d'équilibre. Les processus de diffusion de la matière ou de la chaleur sortent tout naturellement de cette démarche thermodynamique. La loi d'Ohm pour la conduction électrique, la loi de Fourier pour la chaleur, et les phénomènes croisés comme la thermoélectricité sont d'une telle importance de nos jours qu'ils méritent d'être appréhendés de facon synthétique grâce à la thermodynamique.

    Reference

    • EPFL-BOOK-184857

    Record created on 2013-03-07, modified on 2016-08-09

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