Un ouvrage de thermodynamique ne peut pas se dispenser de l’outil mathématique qui a permis à la thermodynamique d’acquérir ses lettres de noblesse. Néanmoins, il est prouvé qu’il n’est nullement indispensable de posséder un niveau élevé en mathématiques pour maîtriser parfaitement la thermodynamique de l’ingénieur.
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Système thermodynamique
Un système thermodynamique peut être complexe; il peut évoluer (évolution thermodynamique, chimique, biologique, etc.). On caractérise un système suivant la nature de ses échanges (matière et énergie) avec l’extérieur.
Le système est dit isolé s’il n’échange ni matière ni énergie avec le milieu extérieur (l’Univers est un système isolé). Il est dit fermé s’il n’échange pas de matière avec le milieu extérieur. Il est dit ouvert s’il peut échanger de la matière avec le milieu extérieur. Il est dit adiabatique si aucun échange de chaleur n’est possible avec l’extérieur.
État d’un système thermodynamique
Pour décrire l’état d’un système thermodynamique, on utilise des variables d’état. Certaines variables dépendent de l’échelle du système (volume, masse, énergie, etc.) et sont appelées variables extensives; d’autres variables sont intrinsèques et ne dépendent pas de l’échelle (température, pression, etc.) et sont appelées variables intensives.
L’énergie interne notée U , un concept que nous utilisons pour regrouper toute l’énergie cinétique et potentielle des molécules d’un corps. Elle représente la quantité totale d’énergie mécanique stockée à l’intérieur d’un objet ;
La chaleur notée Q, qui est un transfert représentant la transmission d’énergie cinétique de manière chaotique d’un corps vers un autre ;
Le travail noté W , qui est un transfert représentant la transmission d’énergie de manière cohérente d’un corps vers un autre.