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PHI-2110 Lecture Notes - Lecture 2: Delaware Route 1, Quantum Chromodynamics, TorrExam


Department
Philosophy
Course Code
PHI-2110
Professor
OB
Study Guide
Final

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S3 PMCP 2016-2017
NOTES DE COURS DE THERMODYNAMIQUE
Nicolas Pavloff
L.P.T.M.S
Universit´e Paris Sud, Bˆat 100
e-mail: nicolas.pavloff@u-psud.fr
disponible en ligne:
http://lptms.u-psud.fr/nicolas_pavloff/enseignement/
version du 22 d´ecembre 2016
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Pour restreindre la taille de ce document je n’y ai fait figurer que les aspects axiomatiques, sans
inclure les indispensables discussions et cons´equences physiques. Il est con¸cu comme un r´esum´e de
cours, concis et aride, et je pense qu’il est impossible de comprendre la thermodynamique seulement
sur la base de ces notes. Le cours d’amphi, les exercices de travaux dirig´es (et surtout le travail
personnel !) sont incontournables.
Le but de ce document est double. C’est en premier lieu un support permettant de r´eviser
rapidement les notions essentielles du cours (lors de la pr´eparation des examens par exemple). Sa
seconde fonction est de servir de vade-mecum dans lequel les ´etudiants pourront, dans la suite de
leur cursus, v´erifier une formule ou la d´efinition pr´ecise d’un concept thermodynamique.
J’ai fait quelques concessions `a mon souci de concision, sous la forme de compl´ements o`u sont
d´evelopp´es certains aspects du cours. J’ai inclus ces compl´ements, soit afin de permettre aux
´etudiants de v´erifier qu’ils ont biens pris leurs notes dans des parties plus difficiles du cours magistral
(comme la d´emonstration de l’identit´e thermodynamique), soit pour leur donner des r´ef´erences qui
pourront leur ˆetre ult´erieurement utiles (comme la discussion de la construction de Maxwell).
Bibliographie sommaire
Thermodynamique par S. Olivier et H. Gi´e, (Technique et documentation, Lavoisier 1996).
Thermodynamique par H. Lumbroso (McGraw-Hill, 1991).
Thermodynamique Physique par P. Gr´ecias (Technique et documentation, Lavoisier 1996).
Autres r´ef´erences
Thermodynamics, Kinetic Theory, and Statistical Thermodynamics par F. W. Sears et G. L. Salinger
(Addison Wesley, 1975)
Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics par H. B. Callen (Wiley, 1985)
Les trois premiers ouvrages sont en fran¸cais. Les livres de Lumbroso et Gr´ecias sont des livres
d’exercice, avec des rappels de cours. Les ouvrages en anglais sont d’un niveau plus avanc´e, mais
ce sont d’excellentes r´ef´erences, utiles d`es le L2 et bien au del`a.
2

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Chapitre I : Variables d’´etat, ´
Equation d’´etat
1 Variables thermodynamiques
On parle de mani`ere ´equivalente de variables d’´etat ou de fonctions d’´etat.
Ce sont des grandeurs caract´erisant l’´etat d’un syst`eme `a l’´equilibre. Elles sont:
soit extensives c.a.d. proportionnelles `a la quantit´e de mati`ere contenue dans le syst`eme
soit intensives c.a.d. ind´ependantes de la quantit´e de mati`ere
2 La Pression
2
pres
d F
La force de pression exerc´ee (par le fluide contenu `a l’in-
t´erieur de la surface) sur l’´el´ement de surface d2Ssitu´e au
point ~r est d2~
Fpres =P(~r ) d2S ~n
L’unit´e l´egale est le Pascal. 1 bar = 105Pa.
1 atm = 1,013 ×105Pa.
2.APrincipe fondamental de la statique des fluides
Th´eor`eme d’Archim`ede :
Les forces de pression exerc´ees par un syst`eme de fluides en ´equilibre m´ecanique dans un champ
de pesanteur uniforme sur un corps fixe totalement immerg´e admettent une r´esultante verticale,
dirig´ee de bas en haut, d’intensit´e ´egale au poids des fluides d´eplac´es.
Dans un fluide `a l’´equilibre dans un champ de pesanteur avec une acc´el´eration ~g(~r ), on a une
formulation locale ´equivalente, la relation fondamentale de la statique des fluides:
~
P=ρ(~r )~g(~r ),(1)
o`u ρ(~r ) est la masse volumique du fluide consid´er´e1. De (1) on tire la relation de Pascal dans un
fluide homog`ene (donc ρest constant) plac´e dans un champ de pesanteur uniforme :
B
A
h
g
PB=PA+ρ g h . (2)
Cette relation permet de mesurer la pression par la
hauteur d’un fluide incompressible. Ainsi le mm de
mercure devient une unit´e de pression (le torr). En
particulier, 1 atm = 760 torr.
1Cette relation reste valable mutatis mutandis dans toute configuration o`u l’on peut d´efinir un champ de force
volumique, c’est `a dire lorsqu’il existe un champ vectoriel ~w tel que l’on puisse ´ecrire en tout point d3~
F=~w(~r ) d3v.
Dans ce cas, (1) devient ~
P=~w(~r ).
3
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