Emmanuel Dubois Thermodynamique

Description

Ce n’est pas un résumé pour débutants.

C’est le cours complet d’un professeur de la Faculté des Sciences, qui a formé des générations d’étudiants.

Sommaire

Maîtrisez les fondements de la thermique et de la thermodynamique

D’abord, Emmanuel Dubois établit avec rigueur les bases de la thermique. En effet, il expose clairement la notion de température et ses échelles de mesure. De plus, il analyse méticuleusement les dilatations des solides, des liquides et des gaz. Ainsi, l’auteur définit précisément la quantité de chaleur et les échanges thermiques. Finalement, son texte présente les chaleurs spécifiques des différents corps de la nature.

Assimilez les trois principes fondamentaux de la thermodynamique

Pour commencer, le premier principe énonce la loi de conservation de l’énergie. Notamment, la formule de Mayer relie directement les chaleurs spécifiques des gaz. Ensuite, le deuxième principe introduit l’entropie ainsi que le cycle de Carnot. Grâce à cela, ce théorème explique le fonctionnement des machines thermiques. Enfin, le troisième principe fixe l’impossibilité d’atteindre le zéro absolu. Parallèlement, l’ouvrage définit les fonctions d’état auxiliaires comme l’enthalpie.

Appliquez les principes aux corps purs sous une seule phase

Justement, l’étude des gaz parfaits utilise des coefficients calorimétriques précis. C’est pourquoi l’auteur analyse en détail l’expérience de Gay-Lussac et Joule. Par la suite, l’équation de Van der Waals décrit la dynamique des gaz réels. De surcroît, le manuel explique la détente isenthalpique de Joule-Thomson. De fait, les liquides et les solides possèdent leurs propres coefficients. En conclusion, la traction d’une tige illustre le comportement mécanique des solides.

Analysez les mélanges de gaz et les potentiels chimiques

Certes, la loi de Dalton régit les mélanges de gaz parfaits. Dès lors, le chercheur calcule facilement l’énergie, l’enthalpie et l’entropie des mélanges. Spécifiquement, l’usage des grandeurs spécifiques molaires facilite grandement les calculs mathématiques. De plus, l’auteur introduit les potentiels chimiques pour les systèmes complexes. En somme, les techniciens considèrent ces notions comme essentielles en thermodynamique chimique.

Étudiez les équilibres physico-chimiques et l’affinité

Puis, le livre établit rigoureusement les conditions générales de l’équilibre. Absolument, l’affinité physico-chimique détermine le sens exact des réactions. Aussitôt, l’étudiant formule les lois du déplacement de cet équilibre. De la même manière, le théoricien présente le théorème de Gibbs et la règle des phases. En conclusion, ces outils scientifiques analysent efficacement tous les systèmes à l’équilibre.

Explorez les équilibres liquide-vapeur des corps purs

Désormais, la vaporisation et la condensation obéissent à des lois physiques précises. Notamment, la courbe des tensions de vapeur caractérise chaque substance chimique. À cet égard, l’équation de Van der Waals décrit parfaitement les gaz réels. Parallèlement, la formule de Clapeyron relie la chaleur latente à la courbe. On remarque aussi que les diagrammes entropiques représentent l’état réel du fluide. Par exemple, le diagramme de l’eau fournit une illustration concrète.

Examinez les équilibres avec phases solides

Surtout, la fusion et la solidification suivent des lois physiques analogues. De fait, la formule de Clapeyron calcule aussi la chaleur de fusion. Heureusement, l’auteur explique clairement le phénomène complexe de la surfusion. Au contraire, la sublimation transforme directement le solide en vapeur. Alors, le point triple réalise l’équilibre des trois phases de manière simultanée. Évidemment, les ingénieurs utilisent ces phénomènes en science des matériaux.

Comprenez les solutions et leurs propriétés

Par ailleurs, les solutions idéales suivent fidèlement la célèbre loi de Raoult. Concrètement, la tonométrie mesure l’abaissement réel de la pression de vapeur. Heureusement, l’ébulliométrie et la cryométrie exploitent directement ces règles. De même, la loi de Van’t Hoff régit l’osmose et la pression osmotique. Toutefois, les électrolytes présentent de fréquentes anomalies face à ces lois. Finalement, les solutions concentrées affichent des diagrammes de phases complexes.

Découvrez la théorie cinétique des gaz

Heureusement, la réalité moléculaire explique enfin les propriétés macroscopiques visibles. Précisément, les chocs moléculaires permanents produisent la pression du gaz. En outre, la température détermine directement l’énergie cinétique des molécules. De leur côté, les statistiques de Bose-Einstein décrivent la répartition des particules. Par la suite, la formule de Boltzmann relie l’entropie et la probabilité. En conclusion, le scientifique établit la distribution des vitesses de Maxwell.

Appliquez la thermodynamique aux phénomènes physico-chimiques

Soudain, l’électrostriction déforme les matériaux soumis à un champ électrique. De fait, la thermodynamique analyse les effets thermoélectriques Peltier et Thomson. En parallèle, la pile hydro-électrique convertit efficacement l’énergie chimique. De surcroît, l’effet magnétocalorique permet d’atteindre de très basses températures. En conclusion, ces applications variées démontrent l’universalité de cette discipline scientifique.

Étudiez le rayonnement thermique et la théorie des quanta

Présentement, le texte définit les grandeurs caractéristiques du rayonnement. À ce titre, le corps noir représente un absorbeur parfait idéal. De même, la loi de Kirchhoff relie la capacité d’émission à celle d’absorption. Alors, la loi de Stéfan donne la puissance totale émise par le corps. Spécifiquement, la loi de Wien décrit le déplacement du maximum d’émission. Enfin, la théorie des quanta de Planck révolutionne toute la physique moderne.

Examinez les machines thermiques et leurs applications

Enfin, l’ouvrage analyse en détail les machines à vapeur et les turbines. Ainsi, l’auteur compare les turbines à action et les turbines à réaction. Il présente également les moteurs à explosion et les moteurs Diesel. De la même manière, les machines frigorifiques produisent un froid artificiel utile. Heureusement, les pompes à chaleur valorisent l’énergie thermique ambiante. En conclusion, ces applications concrètes terminent magnifiquement ce manuel instructif.

Caractéristiques

• Auteur : Emmanuel Dubois

• Titre : Thermodynamique

• Éditeur : Delagrave (imprimerie Firmin-Didot)

• Dimensions : 16,5 x 24,8 x 2 cm

• Nombre de pages : 397 pages

• Dépôt légal : 1966

• Code / ISBN : B0014X0CU0

• État : Bon état, couverture cartonnée

• Public : Étudiants en sciences physiques, ingénieurs, enseignants de thermodynamique

• Genre : Manuel universitaire, physique fondamentale, thermodynamique classique et statistique

Par Emmanuel Dubois

Envoi soigné et Déposé en 48h (jours ouvrables) Edition Delagrave impr. Firmin-Didot 16,5 x 24,8 x 2 cm 397 pages depot légal:1966 Bon Etat : couverture cartonnée

Résumé

Les équilibres physico-chimiques fondamentaux

D’abord, Emmanuel Dubois poursuit l’étude des équilibres physico-chimiques. En effet, il introduit la notion de potentiel thermodynamique, un outil mathématique essentielle. De plus, des relations fondamentales lient les différentes grandeurs entre elles. Ainsi, le chercheur établit les dérivées et différentielles de l’entropie et de l’affinité. Par la suite, les lois du déplacement de l’équilibre régissent la dynamique des systèmes. En conclusion, le théorème de Gibbs et la règle des phases complètent ce chapitre.

L’équilibre liquide-vapeur d’un corps pur

Pour commencer, le chapitre cinq examine la vaporisation et la condensation d’un liquide. À cet égard, la courbe des tensions de vapeur caractérise chaque substance chimique. On note que la représentation des états d’équilibre utilise des diagrammes thermodynamiques spécifiques. Précisément, l’auteur analyse en détail la compression et la détente isothermes. Dès lors, l’équation de Van der Waals améliore la description des gaz réels. Enfin, la loi des états correspondants unifie le comportement global des fluides.

Les grandeurs thermodynamiques des systèmes diphasiques

Justement, le repérage thermodynamique utilise les titres massiques de vapeur et de liquide. Pour faciliter le travail, les lignes à titre constant simplifient la lecture des diagrammes. Parallèlement, l’ouvrage présente les expériences historiques de Natterer sur les isochores. De fait, les chaleurs spécifiques du liquide et de la vapeur diffèrent grandement. C’est pourquoi la formule de Clapeyron relie la chaleur de vaporisation aux variables d’état. Pour finir, l’étudiant analyse la variation de cette chaleur avec la température.

Les diagrammes entropiques et leurs applications

Certes, la quantité de chaleur élémentaire intervient dans tous les calculs thermiques. Aussitôt, l’ingénieur trace les courbes adiabatiques du système liquide-vapeur. Grâce à cela, l’énergie, l’enthalpie et l’entropie du système se calculent aisément. Les diagrammes entropiques offrent alors une représentation graphique particulièrement commode. Spécifiquement, le manuel présente le diagramme entropique de l’eau comme un exemple concret. À coup sûr, cet outil graphique s’avère fondamental pour les ingénieurs thermiciens.

Les équilibres avec phases solides

Puis, le chapitre six traite de la fusion et de la solidification de la matière. Naturellement, la formule de Clapeyron s’applique aussi à la chaleur de fusion. Heureusement, l’auteur explique clairement le phénomène physique de la surfusion. Par la suite, le chapitre sept aborde la sublimation directe des corps purs. On remarque que la chaleur de sublimation obéit à la même formule mathématique. En conclusion, le point triple réalise l’équilibre des trois phases de manière simultanée.

L’étude approfondie des solutions

Désormais, le chapitre huit définit le solvant et les solutés avec précision. Dans ce cadre, les concentrations et les titres s’imposent comme des notions essentielles. Pour les calculs, les solutions idéales et parfaites représentent des cas limites très utiles. Concrètement, la tonométrie étudie l’abaissement réel de la pression de vapeur. Heureusement, l’ébulliométrie et la cryométrie exploitent directement les lois de Raoult. Ainsi, la détermination des masses molaires inconnues utilise ces méthodes scientifiques.

L’osmose et les solutions concentrées

Surtout, l’auteur décrit expérimentalement le phénomène physique de l’osmose. En pratique, l’utilisation de parois hémi-perméables permet d’observer la pression osmotique. Alors, la loi de Van’t Hoff relie directement cette pression à la concentration. Toutefois, les électrolytes présentent de fréquentes anomalies face aux lois classiques. C’est pourquoi les solutions concentrées obéissent à des comportements très complexes. En fin de compte, le scientifique analyse la courbe de solubilité et le point d’eutexie.

Les équilibres chimiques des systèmes idéaux

Par ailleurs, le chapitre neuf traite des réactions chimiques à l’équilibre. À ce titre, l’enthalpie libre de réaction s’appelle aussi l’affinité propre du système. Immédiatement, la célèbre loi d’action de masse régit tous les équilibres chimiques. L’auteur envisage également le cas complexe de plusieurs réactions simultanées. De toute évidence, le sens des réactions dépend fortement des conditions initiales. Notamment, le rôle des phases condensées modifie l’expression mathématique de la loi.

Les équilibres des systèmes réels

Ensuite, le chapitre dix introduit la notion essentielle de fugacité. De fait, cette grandeur physique corrige les écarts à l’idéalité des gaz. De la même manière, l’activité joue un rôle analogue pour les solutions. Ainsi, le chercheur analyse scientifiquement les mélanges de gaz réels. On note que les solutions réelles nécessitent l’introduction de coefficients d’activité. En conclusion, ces outils mathématiques permettent des calculs précis pour l’industrie moderne.

La théorie cinétique des gaz

Présentement, le chapitre onze part de la réalité moléculaire de la matière. Physiquement, la pression du gaz résulte des chocs permanents sur les parois. En outre, l’énergie cinétique des molécules se lie directement à la température. Pour s’organiser, la classification selon l’énergie utilise des notations spécifiques. De surcroît, la probabilité thermodynamique compte précisément les complexions moléculaires. Enfin, le texte expose les statistiques de Bose-Einstein et leur cas limite.

L’entropie et la distribution des vitesses

Heureusement, la célèbre formule de Boltzmann relie l’entropie et la probabilité. Grâce à elle, le calcul de l’entropie d’un gaz est mené en détail. L’auteur exprime ainsi l’énergie et l’entropie de translation des particules. Aussitôt, la loi de distribution des vitesses de Maxwell se trouve établie. De plus, la température Kelvin trouve enfin sa pleine justification statistique. En conclusion, le thermodynamicien calcule les chaleurs spécifiques et l’énergie de rotation.

Les interactions moléculaires

De fait, les interactions réelles entre molécules modifient les propriétés macroscopiques. À cet égard, le livre explique la chaleur spécifique des solides. De même, l’équation de Van der Waals trouve une justification microscopique claire. On apprend que le chemin moyen des molécules dépend directement de la densité. Précisément, le coefficient de viscosité et la conductibilité thermique se relient à la théorie cinétique. En somme, ces grandeurs s’avèrent essentielles en génie chimique.

Les phénomènes thermoélectriques et magnétiques

Soudain, le chapitre douze applique la thermodynamique à divers phénomènes physiques. Par exemple, l’électrostriction déforme les matériaux soumis à un champ électrique. Parallèlement, l’auteur analyse les effets thermoélectriques Peltier et Thomson. De son côté, la pile hydro-électrique convertit efficacement l’énergie chimique en électricité. De surcroît, l’effet magnétocalorique permet de refroidir certains matériaux spécifiques. En conclusion, ces applications variées démontrent l’universalité de la discipline.

Le rayonnement thermique

Par la suite, le chapitre treize étudie le rayonnement électromagnétique thermique. D’abord, le texte définit l’intensité, la luminance et l’émittance du flux. On note que la loi de Lambert régit la diffusion spatiale de l’énergie. Évidemment, l’absorption et l’émission dépendent de la longueur d’onde du rayonnement. À ce titre, le corps noir représente un absorbeur parfait idéal. Pour finir, le scientifique analyse le rayonnement thermique au sein d’une enceinte fermée.

Les lois du rayonnement et la théorie des quanta

Absolument, la loi de Kirchhoff relie la capacité d’émission à celle d’absorption. Alors, la loi de Stéfan donne la puissance totale émise par le corps. Spécifiquement, la loi de Wien décrit le déplacement du maximum d’émission. Pourtant, seule la théorie des quanta de Planck révolutionne toute la physique moderne. Pour compléter le chapitre, l’auteur ajoute l’étude des corps réels. En conclusion, ces lois physiques s’avèrent fondamentales en astrophysique.

Les machines à vapeur et turbines

Désormais, le chapitre quatorze applique la thermodynamique aux machines thermiques. À cet égard, l’écrivain rappelle le principe de base des machines à vapeur. Par la suite, il classe les turbines industrielles en action et en réaction. À l’évidence, la comparaison des vitesses fluides guide le choix technologique. De plus, les turbines à plusieurs étages améliorent considérablement le rendement global. En conclusion, les diagrammes de phase du fluide aident à l’optimisation technique.

Les moteurs à combustion interne

De la même manière, le manuel décrit les moteurs à explosion et les moteurs Diesel. Concrètement, l’auteur analyse leur cycle thermodynamique théorique et réel. Il présente également les turbines à gaz de manière plus sommaire. De fait, ces machines thermiques transforment l’énergie chimique du carburant en travail mécanique. Naturellement, leur rendement dépend fortement des conditions réelles de fonctionnement. En conclusion, l’industrie automobile utilise massivement ces moteurs thermiques.

Les machines frigorifiques et pompes à chaleur

Enfin, les machines frigorifiques produisent un froid artificiel fort utile. Pour mesurer l’efficacité, le coefficient d’effet frigorifique évalue leur performance réelle. C’est pourquoi le choix du fluide frigorigène s’avère totalement crucial. Précisément, la machine à compresseur reste la technologie la plus répandue. Par ailleurs, les machines à air liquide permettent d’atteindre de très basses températures. En conclusion, les pompes à chaleur valorisent l’énergie thermique ambiante.

Table des matières

THERMIQUE — NOTION DE TEMPÉRATURE ET DE QUANTITÉ DE CHALEUR DILATATIONS

I. NOTION DE TEMPÉRATURE

Généralités…… 7

Choix de l’échelle…… 8

Thermomètres à liquide…… 8

Thermomètres à gaz…… 9

Isothermes d’Amagat, lois de dilatation des gaz…… 12

Application à la définition ancienne de la température légale…… 15

Critique de l’échelle centigrade — Nouvelle échelle absolue — Échelle Celsius…… 16

Mesure pratique des températures…… 18

II. DILATATIONS

Dilatation des solides…… 20

Dilatation des liquides…… 20

Dilatation des gaz…… 21

Loi de Boyle-Mariotte, notion de gaz parfait…… 22

Hypothèse d’Avogadro et d’Ampère, masse molaire…… 24

Équation générale des gaz parfaits…… 25

Les gaz réels…… 27

III. QUANTITÉ DE CHALEUR

Définitions…… 28

Échanges de chaleur…… 29

Chaleurs spécifiques…… 29

THERMODYNAMIQUE — CHAPITRE I — LES PRINCIPES

I. NOTIONS PRÉLIMINAIRES

Systèmes et variables…… 36

Variables d’intensité et d’extensivité…… 37

Variables indépendantes…… 38

Équation d’état…… 39

Représentation de l’état d’un système…… 41

Transformations réversibles…… 42

Transformations irréversibles…… 43

Énergie mécanique d’expansion fournie par un fluide au milieu extérieur…… 44

II. PREMIER PRINCIPE OU PRINCIPE DE LA CONSERVATION DE L’ÉNERGIE

Principe de l’équivalence…… 46

Formule de Mayer…… 51

Corollaire du principe : principe de l’état initial et de l’état final…… 52

Principe de la conservation de l’énergie…… 53

L’énergie interne…… 56

Expression analytique du 1er principe…… 58

Le mouvement perpétuel de 1ère espèce…… 60

III. DEUXIÈME PRINCIPE OU PRINCIPE DE CARNOT

Machines thermiques, application du 1er principe…… 60

Questions non résolues par le 1er principe, énoncé du 2e principe…… 61

Application aux machines thermiques. Énoncé primitif de Carnot…… 63

Machine de Carnot…… 63

1er Corollaire…… 65

Les machines réelles, définitions fondamentales…… 66

2e Corollaire…… 68

Températures thermodynamiques…… 69

La relation algébrique entre les quantités de chaleur et les températures thermodynamiques des deux sources ; sa généralisation…… 70

3e Corollaire…… 73

Théorème de Carnot…… 74

Transformations non cycliques…… 75

Cas d’un système isolé…… 78

Idée de création d’entropie…… 80

Chaleur non compensée…… 81

Expression analytique du 2e principe…… 81

Exemples d’application du 2e principe…… 82

Idée de dégradation de l’énergie (Brunhes)…… 85

Le zéro absolu…… 86

IV. LE TROISIÈME PRINCIPE

Énoncé du principe…… 87

V. LES FONCTIONS D’ÉTAT AUXILIAIRES OU CARACTÉRISTIQUES

Généralités…… 88

Transformations isobares, enthalpie…… 89

Transformations monothermes, énergie libre et enthalpie libre…… 91

Tableau des fonctions d’état…… 94

Relations remarquables entre les fonctions auxiliaires et les dérivées de ces fonctions…… 94

Les fonctions d’état et les réactions chimiques…… 95

CHAPITRE II — APPLICATION DES PRINCIPES À L’ÉTUDE D’UN CORPS PUR SOUS UNE SEULE PHASE

I. PRÉLIMINAIRES

Phases et changements d’état…… 103

II. LES COEFFICIENTS CALORIMÉTRIQUES

Définition des six coefficients calorimétriques principaux…… 104

Quantité de chaleur pour une transformation quelconque…… 107

Relations entre les coefficients calorimétriques…… 108

III. ÉTUDE PARTICULIÈRE DES GAZ PARFAITS

Expérience de Gay-Lussac et Joule……

Les coefficients calorimétriques du gaz parfait; la température Kelvin est une température thermodynamique……

Le rapport des chaleurs spécifiques……

Énergie interne d’un gaz parfait……

Enthalpie d’un gaz parfait……

Entropie d’un gaz parfait……

Énergie libre d’un gaz parfait……

Enthalpie libre d’un gaz parfait……

Grandeurs de référence et grandeurs ordinaires……

Étude de la détente monotherme d’un gaz parfait……

Étude de la détente adiabatique d’un gaz parfait……

IV. ÉTUDE PARTICULIÈRE DES GAZ RÉELS

Généralités……

Les isothermes d’Amagat : étude comparative, extrapolation……

Équation de Van der Waals et autres équations d’état……

Données thermodynamiques pour un gaz de Van der Waals……

La détente adiabatique isenthalpique de Joule et lord Kelvin : gaz réels……

V. ÉTUDE PARTICULIÈRE DES LIQUIDES

Généralités, coefficients de compressibilité et de dilatation……

Les coefficients calorimétriques du liquide……

Énergie, entropie, fonctions auxiliaires d’un liquide……

VI. ÉTUDE PARTICULIÈRE DES SOLIDES

Généralités……

Exemple : traction d’une tige……

CHAPITRE III — LES LOIS DU MÉLANGE DES GAZ — LES MÉLANGES HOMOGÈNES QUELCONQUES

Généralités, loi de Dalton……

Énergie d’un mélange de gaz parfaits……

Enthalpie d’un mélange de gaz parfaits……

Entropie d’un mélange de gaz parfaits……

Énergie libre d’un mélange de gaz parfaits……

Enthalpie libre d’un mélange de gaz parfaits……

Les grandeurs spécifiques molaires……

Les potentiels chimiques……

CHAPITRE IV — GÉNÉRALITÉS SUR LES ÉQUILIBRES PHYSICO-CHIMIQUES

Équilibres thermodynamiques……

Les constituants d’un système……

Transformations physico-chimiques, degré d’avancement……

La quantité de chaleur élémentaire……

Relations de Kirchhoff……

L’AFFINITÉ PHYSICO-CHIMIQUE

Les conditions générales de l’équilibre……

Définition de l’affinité physico-chimique……

La suite de l’étude des équilibres physico-chimiques

Notion de potentiel thermodynamique…… 174

Relations fondamentales…… 175

Dérivées et différentielles de l’entropie et de l’affinité…… 176

Les lois du déplacement de l’équilibre…… 178

Théorème de Gibbs…… 181

Règle des phases…… 185

Les équilibres physiques d’un corps pur

CHAPITRE V — ÉQUILIBRE D’UN CORPS PUR SOUS LES PHASES LIQUIDE ET VAPEUR COEXISTANTES

Vaporisation d’un liquide et condensation d’une vapeur…… 191

Courbe des tensions de vapeur…… 192

Représentation des états d’équilibre liquide-vapeur d’un corps pur…… 193

Compression et détente isothermes…… 194

L’équation de Van der Waals…… 198

La loi des états correspondants…… 200

Repérage thermodynamique d’un système liquide-vapeur, titres de la vapeur et du liquide…… 201

Lignes à titre constant…… 202

Lignes à volume constant ou isochores : expériences de Natterer…… 204

Chaleurs spécifiques du liquide et de la vapeur…… 205

Chaleur de vaporisation, formule de Clapeyron…… 209

Variation de la chaleur de vaporisation avec la température…… 212

Relation entre la chaleur de vaporisation et les chaleurs spécifiques le long de la courbe de saturation…… 213

La quantité de chaleur élémentaire…… 213

Adiabatiques du système liquide-vapeur…… 214

Énergie, enthalpie et entropie du système liquide-vapeur…… 216

Les diagrammes entropiques, généralités…… 218

Le diagramme entropique de l’eau…… 223

Équilibres avec phases solides

CHAPITRE VI — ÉQUILIBRE D’UN CORPS PUR SOUS LES PHASES SOLIDE ET LIQUIDE COEXISTANTES

Fusion et solidification…… 225

Chaleur de fusion, formule de Clapeyron…… 226

Surfusion…… 227

CHAPITRE VII — ÉQUILIBRE D’UN CORPS PUR SOUS LES PHASES SOLIDE ET VAPEUR COEXISTANTES — ÉQUILIBRE D’UN CORPS PUR SOUS LES TROIS PHASES COEXISTANTES

Sublimation…… 228

Chaleur de sublimation, formule de Clapeyron…… 228

Équilibre sous les trois phases coexistantes, point triple…… 229

L’étude des solutions

CHAPITRE VIII — ÉTUDE DES SOLUTIONS

I. GÉNÉRALITÉS, SOLUTIONS IDÉALES, SOLUTIONS PARFAITES

Solvant et solutés…… 233

Concentrations et titres…… 233

Solutions idéales et solutions parfaites…… 235

II. TONOMÈTRIE, ÉBULLIOMÉTRIE ET CRYOMÉTRIE

Pression de vapeur des solutions idéales, loi générale de Raoult…… 237

Les solutions réelles…… 240

Ébulliométrie…… 241

Cryométrie…… 242

Forme pratique des lois de Raoult, application à la détermination des masses molaires…… 244

III. L’OSMOSE

Description du phénomène d’osmose…… 245

Parois hémi-perméables, pression osmotique…… 246

Loi de Van’t Hoff…… 247

IV. LES ÉLECTROLYTES

Les anomalies des lois de Raoult et de Van’t Hoff…… 249

V. LES SOLUTIONS CONCENTRÉES

Solubilité…… 251

Courbe de solubilité…… 252

Point d’eutexie…… 253

Alliages…… 255

Mélanges réfrigérants…… 255

Les équilibres chimiques

CHAPITRE IX — LES ÉQUILIBRES CHIMIQUES DES SYSTÈMES IDÉAUX

Généralités…… 256

Cas d’une seule réaction chimique…… 257

Enthalpie libre de réaction ou affinité propre…… 257

Équilibre, loi d’action de masse…… 259

Cas de plusieurs réactions…… 261

Le sens des réactions…… 263

Équilibre, rôle des phases condensées…… 264

La loi d’action de masse pour les corps en solution…… 264

CHAPITRE X — LES ÉQUILIBRES PHYSICO-CHIMIQUES DES SYSTÈMES RÉELS

Généralités…… 266

Fugabilité ou fugacité…… 268

Mélange de gaz…… 269

L’activité…… 270

Les solutions réelles…… 271

La théorie cinétique

CHAPITRE XI — LA THÉORIE CINÉTIQUE

Généralités, la réalité moléculaire…… 272

Pression du gaz sur les parois…… 273

L’énergie des molécules…… 274

Notations pour la classification des molécules selon la valeur de leur énergie, facteur de dégénérescence…… 276

Nombre de complexions ou probabilité thermodynamique…… 276

La répartition des molécules dans la statistique de Bose-Einstein…… 279

La répartition dans le cas limite…… 281

L’entropie d’un gaz, formule de Boltzmann…… 283

Caractère du 2e principe…… 285

Calcul de l’entropie d’un gaz…… 287

Les gaz parfaits : énergie et entropie…… 289

Les gaz parfaits : énergie et entropie de translation…… 290

Les gaz parfaits, loi de distribution des vitesses…… 295

Les gaz parfaits : la température Kelvin…… 299

Les gaz parfaits : chaleurs spécifiques…… 301

L’énergie de rotation…… 303

Interactions moléculaires et applications

LES INTERACTIONS MOLÉCULAIRES ET LE RÔLE DES DIMENSIONS MOLÉCULAIRES

La chaleur spécifique des solides…… 304

L’équation de Van der Waals…… 306

Le chemin moyen des molécules…… 307

Le coefficient de viscosité…… 309

La conductibilité thermique…… 312

CHAPITRE XII — APPLICATION DE LA THERMODYNAMIQUE À L’ÉTUDE DE QUELQUES PHÉNOMÈNES PHYSICO-CHIMIQUES

Généralités…… 315

L’électrostriction…… 315

Les effets Peltier et Thomson…… 319

La pile hydro-électrique…… 322

L’effet magnétocalorique…… 326

Le rayonnement thermique

CHAPITRE XIII — APPLICATION DE LA THERMODYNAMIQUE À L’ÉTUDE DU RAYONNEMENT THERMIQUE

Généralités…… 330

Grandeurs caractéristiques d’un rayonnement, intensité, luminance et émittance…… 330

Loi de Lambert…… 332

Éclairement, facteur d’absorption…… 332

Rôle de la longueur d’onde…… 333

Le corps noir, son rayonnement…… 335

Le rayonnement à l’intérieur d’une enceinte fermée…… 335

La densité d’énergie dans le vide…… 395

Loi de Kirchhoff…… 338

Émission et température : loi de Stéfan…… 339

Loi de Wien…… 340

La théorie des quanta…… 342

Étude des corps réels…… 347…… 353

Les machines thermiques

CHAPITRE XIV — APPLICATION DE LA THERMODYNAMIQUE À L’ÉTUDE DES MACHINES THERMIQUES

I. LES MACHINES A VAPEUR

Principe des machines à vapeur…… 354

Les turbines : classification générale…… 355

Les turbines à action…… 355

Les turbines à réaction…… 355

Comparaison des vitesses des deux types de turbine…… 359

Les turbines à plusieurs étages…… 363

Diagrammes du fluide…… 364

Les rendements…… 367

Avantages des turbines sur les machines alternatives à vapeur…… 369

II. LES MOTEURS A COMBUSTION INTERNE

Généralités…… 369

Le moteur à explosion…… 370

Le moteur Diésel…… 371

Description sommaire des turbines à gaz…… 377

III. LES MACHINES FRIGORIFIQUES

Principe des machines à compresseur, coefficient d’effet frigorifique…… 380

Le fluide frigorifique…… 381

Description de la machine à compresseur…… 382

Les machines à air liquide…… 383

IV. LES POMPES DE CHALEUR

Intérêt des pompes de chaleur…… 385

TABLEAU XIII…… 386

BIBLIOGRAPHIE…… 387

Quatrième de couverture

L’origine et la vocation didactique de l’ouvrage

Le texte de ce livre est la reproduction, un peu élargie, d’un enseignement donné par l’auteur. Depuis plusieurs années, Emmanuel Dubois enseigne à la Faculté des Sciences de Clermont-Ferrand. Il est donc clair que le point de vue didactique est dominant dans cet écrit. La Thermodynamique n’occupe pas une bien grande place dans l’enseignement élémentaire. Il nous a paru très utile de reprendre l’édifice sur ses bases.

L’importance des fondements thermiques

Nous avons notamment esquissé les traits essentiels de la Thermique fondamentale. Cette précaution a pu même paraître indispensable aux auteurs. Nous étions tenus d’obéir aux nouvelles décisions internationales relatives à la température. Ces décisions concernent la définition précise de la Température. Le respect de ces normes garantit la validité scientifique de l’ouvrage.

Une présentation classique mais actualisée

Notre but a été de présenter la Thermodynamique de manière très classique. Nous avons attribué pourtant une large place aux notions récentes. Celles-ci se sont révélées particulièrement utiles ces dernières années. Ainsi, nous avons procédé à quelques développements de Thermodynamique Statistique. Grâce à la Mécanique Ondulatoire, nous avons pu présenter cette branche sous son aspect actuel. Nous en avons pourtant limité l’exposé à l’essentiel.

La diversité des applications thermodynamiques

Les applications de la Thermodynamique sont d’une très grande diversité. Cette science couvre tout le domaine physico-chimique sans exception. Elle y joue un rôle de premier plan, aussi bien dans la Théorie que dans la Technique. Son rôle en chimie est tellement important que nous avons jugé nécessaire de le mettre particulièrement en valeur. À cet égard, il a été avantageux d’utiliser la notion d’Affinité Chimique.

L’apport de la notion d’affinité chimique

Cette notion a été conçue par de Donder et mise en relief dans le livre de Prigogine et Defay. Cette notion offre l’intérêt de permettre, par des calculs très simples, de connaître en toutes circonstances le sens d’une réaction. Elle peut, tout aussi bien, être utilisée dans l’étude des changements d’état physique. Les applications à divers phénomènes électriques et magnétiques montrent l’universalité de la Thermodynamique. Le rayonnement thermique est également traité dans cette perspective élargie.

Les machines thermiques et les constantes

Enfin, nous avons donné quelques développements sur les Machines Thermiques. Nous avons écrit notamment l’essentiel sur les Turbines à vapeur. Ces applications techniques concrètes intéresseront les futurs ingénieurs. Les quelques constantes rassemblées ont été généralement empruntées à la dernière édition des Tables de Landolt et Bornstein. Ces tables sont une référence internationale reconnue.

Les remerciements de l’auteur

Ma gratitude se porte vers Messieurs Saurel, professeur, et Bernard, maître de conférences. Ils ont lu les épreuves de cet ouvrage avec une grande attention. Ils m’ont assisté de leurs judicieux conseils tout au long du travail. Leur expertise a grandement contribué à la qualité finale du livre. L’ouvrage a été achevé à Clermont-Ferrand le 5 janvier 1966.