Sommaire
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Introduction générale
Pourquoi étudier la thermodynamique : conversion chaleur-travail, machines thermiques, sources d'énergie et enjeux contemporains.
Historique de la thermodynamique et de la calorimétrie
De la théorie du calorique à l'entropie de Clausius : la lente séparation de la chaleur et de la température, et la naissance des deux principes.
Notions fondamentales
Équilibre, principe zéro, parois, variables et fonctions d'état, transformations quasi-statiques.
Conservation de l'énergie : le premier principe
Travail, chaleur, énergie interne et premier principe.
Réversibilité et irréversibilité : le second principe
Entropie, réversibilité et second principe.
Structure mathématique : les relations fondamentales
Relations fondamentales et potentiels thermodynamiques.
Structure formelle : Changements de variables
Calcul différentiel, transformée de Legendre et potentiels thermodynamiques.
Coefficients calorimétriques et thermoélastiques
Coefficients calorimétriques, thermoélastiques et équations d'état.
Transition de phases
Diagrammes des phases, instabilités et gaz de Van der Waals.
Machines thermiques
Cycles dithermes, cycle de Carnot, rendements et énoncés du second principe.
Géométrie différentielle en thermodynamique
Structures géométriques sous-jacentes à la thermodynamique.
Le démon de Maxwell
Information, entropie et les limites de la thermodynamique classique.
Cycles endoréversibles
Rendement à puissance maximale et moteurs thermiques réels.
Thermoélectricité
Effets thermoélectriques et conversion d'énergie.
Thermodynamique hors équilibre
Phénomènes irréversibles et relations d'Onsager.
Climatologie et thermodynamique
Applications thermodynamiques au système climatique terrestre.
Thermodynamique quantique
Travail, chaleur et entropie à l'échelle quantique.