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TP de Physique : calorimétrie - loi des gaz parfaits

Résumé du cours

La thermodynamique est la science qui étudie et décrit le comportement de la matière ou des systèmes, en fonction des notions de température T, d'énergie (chaleur Q, travail W...) et d'entropie S.

La thermodynamique :

? étudie l'évolution ou les transformations de la matière ou des systèmes en considérant les variations d'état du système, lors d'échanges d'énergie entre le milieu extérieur et le système.

? repose sur 2 notions de base, l'énergie interne (U) et l'entropie (S) qui satisfont aux deux principes suivants, qui stipulent que :
- l'énergie se conserve (premier principe de conservation de l'énergie).
- l'entropie ne peut qu'augmenter (deuxième principe d'évolution).

Au cours de ce TP, nous allons tenter d'illustrer les fondamentaux de la thermodynamique, les propriétés des systèmes physiques et les équations d'états, reliant les grandeurs thermodynamiques, qui les caractérisent.

Matériels utilisés

L'ensemble de ce TP est construit selon deux grandes expériences. La première traite de la calorimétrie et la seconde tente d'illustrer les propriétés des gaz parfaits.
On utilise donc un calorimètre accompagné de thermomètres, d'un multimètre réglé pour mesurer la thermistance, et d'un bloc cylindrique de cuivre.
Pour la deuxième expérience, on se sert d'une machine nous permettant d'étudier les lois de comportement des gaz en fonction de 3 variables d'états telles que la pression P (Pa), la température T(K) et du volume V à laquelle se joint un bain thermostaté pour régler avec précision la température du gaz à étudier.

Calorimétrie

Cette méthode d'étude nous permet de comprendre les échanges thermiques ainsi que l'analyse des bilans associés. A cette échelle, on peut ainsi modéliser les phénomènes se déroulant à une échelle plus importante.

(...) A l'état d'équilibre, un système ne subit aucune évolution à l'échelle macroscopique. Cependant, il existe bien des modifications du système à l'échelle microscopique du point de vue de l'agitation thermique des molécules. Chaque mouvement peut être associé à un gradient d'énergie caractérisant le principe de température (...)

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