S4 — Thermodynamique appliquée
Énergie interne, premier et second principes, gaz parfait, changements d'état. Bases scientifiques du métier.
Notions clés
Galerie complète →Objectifs
- Écrire un bilan d'énergie ΔU = W + Q
- Calculer travail et variation d'énergie interne pour transformations isobares, isochores, isothermes, adiabatiques
- Exploiter une enthalpie de changement d'état
Prérequis
- Mathématiques BTS
- Notions de pression et température
Système thermodynamique
Variables d'état (P, V, T, n), grandeurs intensives/extensives, fonctions d'état U, H, S.
Premier principe
ΔU = W + Q. Pour un gaz parfait : ΔU = n·Cv·ΔT, ΔH = n·Cp·ΔT. Loi de Joule.
Transformations particulières
Isobare (W = -P·ΔV), isochore (W = 0), isotherme GP (Q = -W), adiabatique (Q = 0, P·V^γ = cste).
Changement d'état
ΔH = m·L (L = chaleur latente). Lvap eau = 2257 kJ/kg à 100°C — base de la condensation chaudière.
Second principe
Évolution irréversible, entropie. Impossibilité d'un transfert spontané du froid vers le chaud → nécessité d'un compresseur.
Synthèse à retenir
La thermodynamique fournit le cadre scientifique du chauffage, du froid et de la climatisation. Le second principe explique pourquoi une PAC consomme de l'énergie pour transférer de la chaleur du froid vers le chaud.