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Auteur(s)
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Bernard CLAUDEL : Professeur au département de Génie énergétique de l’Institut national des sciences appliquées de Lyon (INSA)
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Le but de cet article est de donner les bases sur lesquelles se fondent les propriétés thermodynamiques des fluides et les applications pratiques qui en découlent. Un premier paragraphe rappelle les trois principes de la thermodynamique macroscopique, ainsi que les définitions des grandeurs fondamentales caractérisant un système soit à constituant unique, soit à constituants multiples.
Mais la thermodynamique macroscopique est un cadre vide pour l’étude de la matière. En particulier, elle ne dit rien sur les équations d’état des constituants du système. C’est pourquoi le paragraphe suivant traite de ces équations d’état, pour le gaz parfait et pour le fluide réel. Un modèle microscopique de l’état gazeux est brièvement introduit, afin de montrer qu’il permet, dans son domaine de validité, d’évaluer de nombreuses grandeurs utiles, comme les capacités thermiques.
Sont ensuite abordés les changements d’état d’un fluide, donc les transformations gaz-liquide pour un corps pur et pour un système à composants multiples (solution idéale et solution réelle), avec présentation des diagrammes qui permettent une description commode, qualitative et quantitative, de ces changements d’état.
Deux systèmes multicomposants particuliers font l’objet d’une étude spéciale, en raison de leur importance pratique : l’air humide et les fumées.
Enfin, des indications sont fournies sur les sources de données et les méthodes d’estimation des grandeurs qui entrent dans les multiples applications des considérations générales développées dans cet article.
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Propriétés des fluides
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1. Généralités
1.1 Rappel des trois principes de la thermodynamique macroscopique
Rappelons brièvement quelques définitions et quelques propriétés fondamentales des énergies non calorifiques en renvoyant le lecteur à l’article de thermodynamique macroscopique pour de plus amples détails.
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Un système, noté dans la suite σ, est une portion d’Univers découpée de façon convenable. L’extérieur (ou environnement) de ce système sera le reste de l’Univers.
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L’état d’un système est caractérisé par les valeurs que prennent un certain nombre de grandeurs mesurables, dites variables d’état (volume, température, pression, composition chimique, etc.).
On peut classer ces variables d’état en deux catégories :
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les unes dépendent de l’étendue (extension) du système, et s’additionnent lorsqu’on réunit deux systèmes (masse, volume, etc.) ; de telles variables sont appelées extensives (ou extensités) ;
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les autres sont indépendantes de l’étendue du système (pression, température, etc.) et sont appelées variables intensives (ou tensions).
Au cours des transformations que subit le système, tout ou partie des variables d’état se modifie. On appelle fermées (ou cycliques) les transformations qui amènent toutes les variables à reprendre leurs valeurs initiales, et ouvertes les autres transformations.
Une transformation quasi statique est telle que l’on peut définir à tout moment les variables d’état (et en particulier les variables intensives, mais en réservant le cas de la température), et qu’une modification très légère de l’une d’elles, convenablement choisie, inverse le sens de la transformation.
Une parcelle d’énergie de forme déterminée...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - Thermodynamique macroscopique. - A223, traité sciences fondamentales, Techniques de l’Ingénieur, fév. 1978.
-
(2) - LIDE (D.R.) - Handbook of Chemistry and Physics. - , Ed. The Chemical Rubber Co (1993).
-
(3) - REID (R.C.), PRAUSNITZ (J.M.), SHERWOOD (T.K.), POLING (B.E.) - The Properties of Gases and liquids. - 4th Ed., McGraw Hill (1987).
-
(4) - DYMOND (J.H.), SMITH (E.B.) - The Virial Coefficients of Pure Gases and Mixtures. - Clarendon Press Oxford (1980).
-
(5) - NELSON (L.C.), OBERT (O.F.) - * - Trans ASME, 76, 1057 (1954).
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(6) - VIDAL (J.) - Thermodynamique. Méthodes appliquées au raffinage et au Génie chimique. - T. 1, p. 247, Éditions Technip (1973).
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