U . La thermodynamique : concepts de base et définitions, Exercice : Rotation de la Terre autour du Soleil, Réunion de plusieurs systèmes, énergie potentielle d'interaction, Le premier principe pour les systèmes ouverts. H Ces inventeurs n'ont jamais publié de résultats, d'études ou d'analyses permettant de quantifier les performances réelles de leurs appareils (mesures expérimentales de vitesse, de puissance d'entrée et de sortie). e . {\displaystyle W+Q} Il s'agit d'un dispositif où les stator et le rotor sont tous deux constitués d'aimants permanents de pôles opposés. La forme différentielle du premier principe de la Thermodynamique est: Le symbole différentiel utilisé pour décrire le travail et la chaleur dans cette expression indique que ces deux mesures sont des différentielles non exactes, c’est-à-dire qu’elles dépendent de la transformation subie par le système. e Celui de droite, représentant un lapin, signifie « mouvement ». Discipline étudiant l’énergie physique et les changements d’état de la matière. ) + d On peut définir le débit d'énergie cinétique transporté par le courant d'entrée comme : On peut ainsi définir des débits d'enthalpie et d'énergie cinétique transportés par chacun des courants de matière. La thermodynamique s'attache à décrire le comportement de systèmes thermodynamiques. En ce sens, la thermodynamique … Cette énergie rend compte de l'agitation interne du système au niveau atomique. Pour tout système thermodynamique, on peut définir, à une constante près, une fonction U, appelée énergie interne, et ayant les propriétés suivantes : La variation de U au cours d'une transformation infinitésimale d'un système fermé (de composition fixe) vérifie : Contrairement aux énergies potentielles et internes, le travail et la chaleur ne sont pas des variations de fonctions d’état. = Historiquement, on utilise la calorie : 1 cal = 4,18 J : Et BBln CC VV B Une interprétation microscopique du travail peut être effectuée : Le transfert thermique, appelé aussi chaleur, est un transfert désordonné d’énergie entre le système et le milieu extérieur. Leurs valeurs au cours d’une transformation, dépendent de la façon dont on procède pour réaliser la transformation et non pas uniquement des états initial et final. L'énergie interne du système \[\cal{F}\] à l'instant initial est : \[{U}_{\mathrm{in}}\]étant l'énergie interne de la matière qui va entrer pendant le temps \[\Delta t\]. Ce transfert thermique s'effectue toujours du système le plus chaud vers le plus froid. L’agitation des particules se propage au gré des chocs dans toutes les directions, de façon désordonnée. ( par transferts thermiques (ou transfert de chaleur ou transfert d’énergie calorifique) Lorsque nous mettons en " contact " des corps de températures différentes, nous produisons une modification de l’état de ces corps (changement des températures et/ou de phases). W Les conséquences du transfert de chaleurpeuvent être principalement de deux types: 1. variation d'énergie 2. échange d'emploi. Un système thermodynamique peut échanger de l’énergie avec l’extérieur sous 2 formes: Travail mécanique par l’intermédiaire de forces de pression (comme l’action d’un gaz sur une paroi). Soient \[\dot{M}_{\mathrm{in}}\] le débit de matière en entrée, \[\dot{{M}}_{\mathrm{out}}\] le débit de matière en sortie. d La Thermodynamique Statistique par contre, cherche à expliquer l'origine et la signification des variables macroscopiques (p,T) et des notions de chaleur, de travail et d'entropie, en les reliant directement au mécanisme de l'agitation moléculaire. La seule preuve de fonctionnement de son système est une vidéo YouTube de mauvaise qualité publiée en février 2003[12]. ) = Cours de thermodynamique Chapitre III M. BOUGUECHAL 2010-2011 9 C p: capacité calorifique massique ou chaleur massique à pression constante Unités : J.K –1. Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre. p Ce cours de thermodynamique, est destin e aux etudiants de 1re ann ee d’enseignement sup erieur. Chaleur de réaction isotherme La chaleur de réaction Q R est la quantité de chaleur reçue ou cédée par un système au cours d'un avancement de la réaction à une température T. En laboratoire, les réactions ont lieu le plus souvent à pression atmosphérique constante (assimilée à la pression standard P). L'avancée fondamentale du premier principe de la thermodynamique pour la physique consiste en l'introduction de l'énergie interne. Les commandes n'ayant jamais été honorées, il a été arrêté le 14 avril 2010 pour détournement de fonds en Suisse et extradé vers l'Allemagne[10] où il a purgé une peine de prison jusqu'en octobre 2014[11]. Jean-Pierre Petit, ingénieur et ancien directeur de recherches au CNRS, a émis en 2014 des critiques sur les résultats du système Hatem, utilisé par Fabrice André au refuge du col de Sarenne[4],[5], en critiquant notamment des erreurs d'interprétation physique (confusion entre tension et puissance électrique[6]) et en lui proposant un audit par une équipe scientifique, avec des wattmètres, auquel André n'a pas donné suite. chaleur Qp = ΔH qui échauffe ou refroidit le système de capacité calorifique C. Condition adiabatique : ΔH + CΔT = 0 ΔT représente l’accroissement de température que l’on mesure avec un thermomètre. + d {\displaystyle \mathrm {d} m_{\rm {s}}\cdot e_{s}(t+\mathrm {d} t)-\mathrm {d} m_{\rm {e}}\cdot e_{\rm {e}}(t)<0} ⋅ d Parmi ces chercheurs, on peut citer Léon-Raoul Hatem, Fabrice André, ou Michel J. Brady. Re : Expression de la chaleur en thermodynamique Re, Aucun lien avec les deux précécdentes. Il existe plusieurs sortes de transfert ordonné d'énergie : on peut citer par exemple le travail des forces de pression, le travail d'une pompe, le travail électrique fourni lors d'une réaction électrochimique de pile ou par rayonnement... Ce terme comporte tous les travaux appliqués au système résultants d'une force non conservative. Les expressions comme « l'eau est chaude » pourrait faire croire, à tort, que la chaleur est une propriété du système alors qu'il s'agit d'un transfert d'énergie (de l'eau, chaude, vers l'environnement environnant, plus froid). Pour éviter toute confusion avec un volume, nous garderons le symbole "vecteur" pour les vitesses telles que \[{\vec{v}}_{\mathrm{in}}\]. Le refuge du col de Sarenne a été détruit dans un incendie accidentel en décembre 2016[9]. . m à chaleur, valorisation de l’énergie thermique. Comme toute énergie, elle est définie à une constante près. La chaleur, dans le langage courant, est souvent confondue avec la notion de température. La variation de l'énergie d'un système qui subit une transformation peut s'exprimer selon la relation suivante : e Les prototypes de Léon-Raoul Hatem, Fabrice André[7], et Michel J. Brady n'ont jamais été expertisés, vérifiés et validés par des scientifiques indépendants, malgré leur médiatisation, y compris sur des chaînes de télévision publique. Kg –1: l : coefficient calorimétrique massique de chaleur latente de dilatation à température constante. On dit encore que la montée en température se traduit par une dégradation de l’énergie. Léon-Raoul Hatem a déposé deux demandes de brevet pour un « Ensemble moteur semi magnétique producteur d'énergie cinétique supplémentaire », en 2001[1] et en 2006[2], la première rejetée définitivement en 2013, la seconde déchue en 2012. Les hypothèses sur le fluide sont les suivantes : En prenant un tube de courant suffisamment fin pour que les pressions et les vitesses d'entrée et de sortie soient constantes sur les sections du tube, le premier principe peut se développer sous forme volumique, prenant le nom de théorème de Bernoulli : En pratique, beaucoup de réactions thermodynamiques se font en considérant un système au repos (pas de variation d'énergie cinétique ni d'énergie potentielle). La chaleur est un transfert d’agitation thermique. Un réservoir thermique ou source de chaleur est un système thermodynamique qui peut échanger de la chaleur sans que sa température soit modifiée. Dans tous les moteurs à induction, cette variation est forcée en changeant le sens du courant dans des électro-aimants (bobines). {\displaystyle U~} < Thermodynamique. Chaleur transmise au niveau microscopique résultant d’un contact thermique. Selon le premier principe de la thermodynamique, lors de toute transformation, il y a conservation de l'énergie. Dans le cas des systèmes thermodynamiques fermés, il s'énonce de la manière suivante : « Au cours d'une transformation quelconque d'un système fermé, la variation de son énergie est égale à la quantité d'énergie échangée avec le milieu extérieur, par transfert thermique (chaleur) et transfert mécanique (travail). Le volume de contrôle pourrait être défini comme étant l'eau présente dans la baignoire, le volume d'entrée serait l'eau adjointe via le robinet en un instant dt, et le volume de sortie, l'eau qui s'écoulerait hors de la baignoire (on suppose la baignoire sans fuite) via la bonde en ce même instant dt. a < . En physique, l'entropie est la quantité thermodynamique qui nous permet de calculer la partie de l'énergie thermiquequi ne peut pas être utilisée pour produire du travail si le processus est réversible. . + La variation d'énergie interne du système fermé \[\cal{F}\] s'écrit donc : De même, la variation d'énergie cinétique du système \[\cal{F}\] est due à la variation d'énergie cinétique du système \[\cal{S}\] (la vitesse des éléments qui le composent peut varier) et à la différence d'énergie cinétique entre le fluide entrant et le fluide sortant : \[{V}_{\mathrm{in}}\] étant le volume de matière entré pendant l'intervalle \[\Delta t\], le système \[\cal{F}\] a été soumis à une force de pression \[{P}_{\mathrm{in}}\] dans la canalisation d'entrée dont le travail est \[{P}_{\mathrm{in}}{V}_{\mathrm{in}}\] ; de même, la pression dans la canalisation de sortie exerce un travail \[-{P}_{\mathrm{out}}{V}_{\mathrm{out}}\] sur le système \[\cal{F}\]. Remarque Certaines substances minimisent les transferts de chaleur et ne se mettent à l'équilibre thermique avec un autre corps qu'au bout d'un temps très long. Pour une transformation isobare, l'expression du premier principe devient : où U On veut juste expérimer la chaleur lorsque - T et/ou V varient à p constant (votre relation 1) - T et/ou p varient à V constant (2) - V et/ou p varient à T constant (la 3) {\displaystyle \mathrm {d} m_{\rm {s}}=\mathrm {d} m_{\rm {e}}} En théorie, un moteur à aimants permanents ne peut donc pas produire un travail, et s'il tourne, c'est seulement mû par sa propre inertie (à vitesse initiale non nulle) et jusqu'à ce que les frottements l'arrêtent, comme sur certaines démonstrations[13]. E ) + Leurs réalisations techniques impliquent généralement des moteurs qui transmettent leur mouvement, grâce à des aimants permanents, à un arbre ou à une série de générateurs électriques censés « multiplier l'énergie » reçue. En l'absence de variation du flux magnétique, les forces qui s'appliquent sont statiques et aucun travail n'est produit. + = W Nous considérons un système ouvert en fonctionnement continu : il reçoit en permanence des courants de matière qu'il qu'il transforme en débits de sortie (avec des propriétés en général différentes). Il est alors possible d'introduire la fonction d'état enthalpie : e s Entre deux instants successifs t et t + dt, le premier principe de la Thermodynamique pour un système peut être écrit :. Jacques Schwartzentruber (IMT Mines Albi). Cette formule, moyennant arrangement, permet de calculer la quantité de chaleur nécessaire pour élever la température d'une substance en fonction de sa masse et de sa capacité thermique massique. Les Bases de la Thermodynamique : les principes fondamentaux et leurs applications directes. Q Thermodynamique (Par Dr HENNI MANSOUR Z) Page 51 Fonctionnement des machines thermiques : Q 1: Quantité de chaleur échangée avec la source chaude de température T 1. Les vidéos qu'ils ont fournies montrent toujours leurs générateurs en fonctionnement à vide ou très faiblement chargés, pendant des temps courts, alors que les puissances de sortie qu'ils annoncent sont très supérieures aux charges électromécaniques appliquées pendant les démonstrations. Q s'exprime en Joule (J) dans le SI. Thermodynamique/Machines thermiques. à l'instant "final" \[t+\Delta t\], le contenu du système \[\cal{S}\] et la quantité de matière sortie depuis l'instant \[t\]. On note Q le transfert thermique reçu par un système (grandeur algébrique, > ou < 0). correspond au travail des forces autres que celles de pression (par exemple le travail des forces électriques). Dans une transformation isotherme, la température du système est définie pour tous les points de la transformation, qui sont donc des états d’ équilibre. L'entropie physique, dans sa forme classique, est définie par l'équation. Cours de Thermodynamique Éric Brunet1, Thierry Hocquet2, Xavier Leyronas3 13février2019 Une théorie est d’autant plus admirable que ses fondements sont simples, qu’elle se rapporte à des domaines variés et que son domaine d’application est étendu. t du système varie. t Ce travail est comptabilisé dans le travail des forces extérieures au système \[\cal{S}\], dont la puissance est \[\dot{W}\]. De la Thermodynamique aux Procédés : concepts et simulations. Notons que la transition énergétique amène à reconsidérer l’utilisation des énergies renouvelables et des chaleurs fatales. ), ni accumulation d'énergie dans le système considéré ( La température est donc une fonction d'état intensive d'un système thermodynamique définie exclusivement à l'échelle macroscopique. L'expression « pompe à chaleur » regroupe de nombreux dispositifs pour faire des transferts thermiques d'une source froide vers un autre milieu à un niveau de température plus élevé à l'aide d'un système thermodynamique. C A T AC V V C A T Q CdT C T T car dV = 0. Cette formule est donnée par l'expression suivante : = . Celui dont les particules sont statistiquement les plus agitées, va transmettre son agitation thermique au gré des chocs plus ou moins énergétiques, au milieu extérieur ou au système statistiquement le moins agité, c’est-à-dire le plus froid. De même, l'énergie interne du système à l'état final est : \[{U}_{\mathrm{out}}\] étant l'énergie interne de la matière qui est sortie pendant le temps \[\Delta t\]. Les aimants agissent en fait comme de simples engrenages sans contact, ce qui donne l'illusion d'une transmission de mouvement sans frottements, et donc, par extension, sans transmission de couple mécanique. ... 3.1 La quantit e de chaleur : grandeur mesurable. Dans la vidéo originale de Brady, la variation de flux magnétique peut être engendrée par la fermeture progressive du stator, ce qui ne supprime pas l'apport d'énergie extérieur et ne contredit donc pas la théorie. ( Ce qui ne fait pas partie de ce système s'appelle le milieu extérieur. : Le premier principe de la thermodynamique peut alors s'écrire en faisant apparaître l'enthalpie : En régime stationnaire, il n'y a ni accumulation de matière ( s 3. W ( Les forces conservatives sont, elles, présentes dans le terme de l'énergie potentielle.Le travail induit par les forces de pression correspond à la forme de travail la plus courante rencontrée en thermodynamique classique, il s'exprime sous la forme différentielle suivante. On considère donc le système F défini par : à l'instant "initial" \[t\], le contenu du système \[\cal{S}\] et la quantité de matière qui va pénétrer dans \[\cal{S}\] pendant l'intervalle de temps \[\Delta t\]. Les démonstrations qu'il effectue[3] impliquent un moteur de puissance nominale 2200 W qui alimente 4 générateurs de 2200 W nominaux chacun. Cette constatation intuitive est formalisée par le second principe de la thermodynamique. \[{K}_{\mathrm{in}}=\frac{1}{2}M{\vec{v}}_{\mathrm{in}}^{2}\] est l'énergie cinétique de la matière qui va entrer dans le système pendant l'intervalle \[\Delta t\] (\[{\vec{v}}_{\mathrm{in}}\] étant la vitesse du fluide dans la canalisation d'entrée.). t Le travail de la pesanteur sur le système fermé \[\cal{F}\] peut être divisé en deux contributions essentielles : le travail du poids du système \[\cal{S}\] lui-même : ce travail existe si le centre de masse du système se déplace (système en mouvement, mais aussi cuve en train de se remplir, homogénéisation d'un fluide de densité hétérogène...). La réunion des deux signifie « thermodynamique », ce qui est, on le voit, une application directe de la définition donnée ci-dessus. . Dans le cas des gaz et des fluides, il est utile de décomposer s . On divise alors notre système en trois parties distinctes : Faisons le bilan thermodynamique de l'eau d'une baignoire. p Étant donné que Hatem ne fournit pas de mesures de puissances (avec des wattmètres) en sortie des génératrices et qu'il n'y applique que de faibles charges électriques (projecteurs halogènes) lors de ses démonstrations, il est impossible de valider son hypothèse, et les conclusions qu'il tire sur l'état de la théorie thermodynamique dépassent le cadre expérimental et les preuves qu'il fournit. d'énergie(Dans le sens commun l'énergi… t W : Travail mécanique échangée avec le milieu extérieur. Définition d'un système fermé, à partir du système ouvert. Aussi, il est incorrect de dire « l'eau perd de l… ) m ( Q -> représente la chaleur. Cependant, leur relative médiatisation ainsi que leurs promesses et ambitions philanthropiques, couplées au désintérêt des industriels pour leur travaux, sont à la source de nombreuses théories du complot, sur des blogs et des forums alternatifs, qui attribuent la non-commercialisation de ces « technologies » à des causes autres que l'absence de prototype fonctionnel et dûment expertisé (par exemple : complot des lobbies pétrolier et/ou nucléaire). {\displaystyle E(t+\mathrm {d} t)=E(t)} Cette relation exprime que l'énergie interne ou l'énergie cinétique du système \[\cal{S}\] peuvent varier : du fait de l'enthalpie, l'énergie cinétique ou l'énergie potentielle de pesanteur transportées par les débits de matière, ou par des échanges directs d'énergie mécanique ou thermique avec l'extérieur. La variation de l'énergie d'un système qui subit une transformation peut s'exprimer selon la relation suivante : Dans le cas d'un système qui échange de la matière ou de la chaleur avec l'extérieur, que l'on appelle système ouvert, le premier principe de la thermodynamique peut être réécrit sous une forme prenant en compte ces échanges. W d La chaleur s'exprime en Joule. t d'eau au-dessus d'une flamme, signifie « chaleur ». la quantité de chaleur reçue par un système de volume constant, ne subissant du fait du transfert de chaleur, aucune autre modification qu'une augmentation de température (en particulier, pas de changement de phase, ni de réaction chimique) s'écrit : δ Q = M. c. d T. n Rappel du premier principe de la Thermodynamique. travail de la pesanteur du au fait que le fluide qui traverse le système change d'altitude ( lorsque les conduits d'alimentation et de soutirage ne sont pas à la même hauteur). Enfin, si les canalisations d'entrée et de sortie n'ont pas la même altitude, la force de pesanteur travaille. ). .30 ... 6.7 Expression de la variation d’ energie interne pour une transfor- d Expression de la quantité de chaleur Q ACB échangé par le gaz : Q ACB = Q AC + Q CB Les quantités de chaleur échangées peuvent être calculées de deux méthodes: 1ère méthode : Calcul direct de Q en intégrant l’expression de Q CdT dV V " avec " P pour un gaz parfait. Le premier principe se met donc sous la forme : La loi de Bernoulli peut être démontrée par le premier principe de la thermodynamique. ⋅ ) Si on divise cette grandeur par le temps \[\Delta t\], on fait apparaître le débit d'enthalpie apporté par le courant de matière qui pénètre dans \[\cal{S}\] : où \[{h}_{\mathrm{in}}\] est l'enthalpie de l'unité de masse dans le courant d'entrée et \[\dot{M}_{\mathrm{in}}=\dot{M}\] le débit massique du courant d'entrée. Un livre de Wikilivres. U est une fonction d'état (elle ne dépend que des états initiaux et finaux de la transformation) ; Si l’on considère maintenant le travail électrique. L'unité internationale de travail ou de chaleur est le Joule (1\,J=1kg\,m^2s^{-2}). La difficulté de rendre compte de l'état microscopique de la matière la rend souvent impossible à calculer en pratique ; grâce à l'équation du premier principe de la thermodynamique, il est par contre possible de calculer ses variations. m Ces échanges sont caractérisés par une puissance mécanique \[\dot{W}\] et une puissance thermique \[\dot{Q}\].