Systèmes ouverts en régime stationnaire

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1 Mardi 01/09/15 Accueil des élèves, présentation de l année scolaire, trombinoscope Ramassage du DM de rentrée Systèmes ouverts en régime stationnaire I. Retour sur les principes de la thermodynamique 1) Principe zéro 2) Premier principe 3) Premier principe écrit avec l enthalpie 4) Expressions de l énergie interne et de l enthalpie 5) Deuxième principe 6) Expressions de l entropie 7) Troisième principe II. Etude de systèmes ouverts en régime stationnaire 1) Présentation 2) Bilan de masse TD thermodynamique : n 1 (Calorimétrie), n 2 (1 kilo de plumes et 1 kilo de plomb) à préparer pour le 02/09/15 ; n 3 (Cycle Diesel pour un gaz parfait), n 4 (Etude d un conditionneur d air) à préparer pour le 03/09/15 DL n 1 pour le 16/09/15 : Machines à écoulement permanent (Mines PSI 2015) ; Diffusion de neutrons (ENSTIMM 2001), QO : du gravier pour faire fondre la neige Pour Emilien : purification physique par fusion de zone Les maths de la semaine : Périmètres et surfaces à 2D Mercredi 02/09/15 Systèmes ouverts en régime stationnaire II. Etude de systèmes ouverts en régime stationnaire 3) Premier principe industriel 4) Deuxième principe industriel 5) Deuxième écriture des principes industriels III. Utilisation de diagrammes (T,s) pour l étude des machines thermiques 1) Remarque sur les machines thermiques 2) Rappels sur les changements de phase 3) Diagramme (T,s) 4) Exemple 5) Application IV. Utilisation de diagrammes (P,h) pour l étude des machines thermiques 1) Diagramme (P,h) 2) Exemple 3) Application Jeudi 03/09/15 Systèmes de coordonnées I. Introduction

2 II. Coordonnées et vecteurs directeurs 1) Coordonnées cartésiennes 2) Coordonnées cylindriques 3) Coordonnées sphériques III. Eléments de ligne, de surface et de volume 1) En coordonnées cartésiennes 2) En coordonnées cylindriques 3) En coordonnées sphériques Question ouverte de thermodynamique : Boisson fraîche? Explication de l approche par compétences (s approprier, analyser, réaliser, valider, communiquer) Thermodynamique : n 1 (Calorimétrie), n 2 (1 kilo de plumes et 1 kilo de plomb), n 3 (Cycle Diesel pour un gaz parfait) à préparer pour le 04/09/14 ; n 4 (Etude d un conditionneur d air) Lundi 07/09/15 Diffusion de particules I. Présentation 1) De la thermodynamique à la diffusion 2) L échelle mésoscopique 3) Les transports de particules II. Bilans de particules 1) Nombre de particules traversant une surface 2) Bilan de particules unidimensionnels sans sources internes Diffusion de particules II. Bilans de particules 3) Bilan de particules unidimensionnels avec sources internes 4) La divergence 5) Généralisation des bilans en géométrie quelconque III. Equation de la diffusion 1) Loi de Fick 2) Le gradient 3) Diffusion en régime quelconque 4) Diffusion en régime stationnaire en l absence de source internes 5) Diffusion unidimensionnelle en l absence de sources internes 6) Généralisation en géométrie quelconque IV. Approche microscopique du phénomène de diffusion 1) Mouvement brownien 2) Marche au hasard unidimensionnelle 3) Distance quadratique moyenne et coefficient de diffusion 4) Lien avec la diffusion a) Pic de diffusion b) Justification de la loi de Fick Thermodynamique : n 5 (Une machine thermique expérimentale) Les maths de la semaine : Surfaces et volumes à 3D

3 Mardi 08/09/15 TP n 1 : Détermination d un coefficient de frottement Découverte du matériel et proposition de protocole Pour les 5/2 : Haut-parleur Mercredi 09/09/15 Thermodynamique : n 5 (Une machine thermique expérimentale), n 6 (Dialyse) Jeudi 10/09/15 Diffusion de particules IV. Approche microscopique du phénomène de diffusion 1) Mouvement brownien 2) Marche au hasard unidimensionnelle 3) Distance quadratique moyenne et coefficient de diffusion 4) Lien avec la diffusion a) Pic de diffusion b) Justification de la loi de Fick Thermodynamique : n 7 (Diffusion de particules dans un axone) Lundi 14/09/15 Diffusion thermique I. Bilans d énergie 1) Les différents transferts thermiques 2) Flux thermique à travers une surface 3) Premier principe unidimensionnel sans sources internes 4) Source internes 5) Premier principe unidimensionnel avec sources internes 6) Généralisation en géométrie quelconque II. Equation de la diffusion (ou de la chaleur) 1) Loi de Fourier 2) Equation de la diffusion en régime quelconque Diffusion thermique II. Equation de la diffusion (ou de la chaleur) 3) Diffusion unidimensionnelle en l absence de sources internes 4) Généralisation des bilans en géométrie quelconque 5) Exemples de conditions aux limites 6) Généralisation en géométrie quelconque III. Diffusion en régime stationnaire sans sources internes ni travail 1) Conservation du flux thermique, exemple unidimensionnel 2) Résistance thermique, analogie avec l électrocinétique 3) Associations de résistances 4) Conservation du flux thermique, exemple en géométrie sphérique 5) Résistance diffusive IV. Approche descriptive du rayonnement thermique 1) Présentation 2) Loi de Wien 3) Loi de Stephan 4) Puissance solaire surfacique au niveau de la Terre Les maths de la semaine : Equations différentielles du premier ordre

4 Mardi 15/09/15 TP n 1 : Détermination d un coefficient de frottement Utilisation des protocoles des autres groupes, améliorations Mercredi 16/09/15 Diffusion thermique IV. Approche descriptive du rayonnement thermique 5) Température moyenne sur la Lune 6) Température moyenne sur la Terre Thermodynamique : n 9 (Sensation de chaud), n 10 (Effet Joule dans une plaque conductrice), n 12 (Ailette de refroidissement) Jeudi 17/09/15 Lundi 21/09/15 DL n 2 pour le 30/09/15 : Simple et double vitrage (Air PC 202), Analyse documentaire : Les forces de marées Cinématique du changement de référentiel 1) Référentiel? Observateur? Base? Repère? 2) Temps relatif et temps absolu 3) Changements de référentiel, position du problème 4) Cas d un référentiel mobile en translation rectiligne uniforme ; transformation de Galilée 5) Cas d un référentiel mobile en translation quelconque Questions ouvertes de thermodynamique : L art de travailler le verre, Comportement social thermorégulateur des manchots, Comment se réchauffer les mains (début) Cinématique du changement de référentiel 6) Cas d un référentiel mobile en rotation uniforme 7) Synthèse 8) L indispensable Mardi 22/09/15 Thermodynamique : n 11 (Conduction thermique entre deux demisphères concentriques), n 13 (Température d un astéroïde) Mécanique du point et du solide : n 1 (Mesure de la vitesse de la neige) Les maths de la semaine : Equations différentielles du deuxième ordre TP n 1 : Détermination d un coefficient de frottement Etude des résultats, incertitudes Mercredi 23/09/15 Dynamique en référentiel non galiléen I. Dynamique en référentiel non galiléen 1) Cas d un référentiel mobile en translation quelconque 2) Cas d un référentiel mobile en rotation uniforme II. Les référentiels classiques sont-ils galiléens? 1) Le référentiel de Copernic 2) Le référentiel géocentrique 3) Le référentiel terrestre Thermodynamique : n 12 (Ailette de refroidissement) FIN

5 Jeudi 24/09/15 Mécanique du point et du solide : n 2 (Glissement d une gomme sur un cahier) Dynamique en référentiel non galiléen III. Equilibre d un fluide en référentiel non-galiléen 1) Rappels de statique des fluides en référentiel galiléen 2) Statique des fluides en référentiel non galiléen 3) Equilibre d un liquide incompressible dans un référentiel non galiléen I Mécanique du point et du solide : n 4 (Pendule simple dans un ascenseur), n 5 (Une attraction foraine sans dangers?) Samedi 26/09/15 Lundi 28/09/15 Questions ouvertes de thermodynamique : Comment se réchauffer les mains (fin) DS n 1 : Des planètes habitables (Capes 2015, AD) ; Bilan thermique d une maison climatisée (CCP MP 2013) ; Etude d un skieur (ESIGTEL 2000) DS n 1 * : Des planètes habitables (Capes 2015, AD) ; Le chant des verres (X PC 2007) Approche descriptive du fonctionnement d un véhicule à roues (2,5 h max) I. Rappels de Sup 1) Solide en rotation autour d un axe fixe 2) Contact entre deux solides 3) Lois de Coulomb II. Roulement sans glissement d une roue 1) Vitesse de glissement et vitesse angulaire 2) Loi de Coulomb III. Véhicule à roues tracté par une force extérieure, cas du véhicule à un essieu (2 roues) 1) Force de traction 2) Application du TRC au véhicule 3) Application du TPC au véhicule 4) Application du TMC à une roue 5) Et si les roues étaient bloquées? IV. Véhicule à roues motrices, cas du véhicule à 2 essieux (4 roues) 1) Au repos, sur un sol horizontal 2) Application du TRC au véhicule 3) Application du TPC au véhicule 4) Application du TMC à une roue avant Les maths de la semaine : Incertitudes Mardi 29/09/15 TP n 2 : Filtres passe-bas Mercredi 30/09/15 Mécanique du point et du solide : n 3 (Portière mal fermée), n 6 (Aquarium dans un véhicule en accélération), n 7 (Satellite dans la soute d une navette), n 8 (Forme de la Terre)

6 Jeudi 01/10/15 DL n 3 pour le 14/10/15 : Etude d un wagonnet Changements de référentiels (retour sur les bases) 1) Vitesses 2) Accélérations 3) PFD Cinématique des fluides en mouvement I. Cinématique des fluides 1) Cinématique? 2) Quelle vitesse? 3) Le champ des vitesses II. Ecoulements particuliers : écoulements stationnaires III. Ecoulements particuliers : écoulements incompressibles 1) Masse volumique d une particule 2) Dérivée particulaire Question ouverte de mécanique : Montée en vélo ; Lundi 05/10/15 Les maths de la semaine : Unités du système international (1) Mécanique du point et du solide : n 9 (Traction d une remorque), n 10 (Gyropode utilisé en descente) Mardi 06/10/15 Cinématique des fluides en mouvement IV. Ecoulements particuliers : écoulements irrotationnels 1) Le rotationnel 2) 3) Le vecteur tourbillon 4) Ecoulement irrotationnel TP n 3 : Filtres actifs Mercredi 07/10/15 Cinématique des fluides en mouvement IV. Ecoulements particuliers : écoulements irrotationnels 1) Le rotationnel 2) 3) Le vecteur tourbillon 4) Ecoulement irrotationnel V. Equation de conservation de la masse 1) Débit volumique 2) Débit massique 3) Cas particuliers 4) Mise en équation de l équation locale de conservation de la masse à une dimension 5) Equation locale de conservation de la masse à 3D 6) Ecoulements stationnaires (retour) 7) Ecoulements incompressibles (retour) 8) Ecoulements quasi-unidimensionnels, cas stationnaire VI. Dérivée particulaire de la vitesse

7 Jeudi 08/10/15 VII. L indispensable Dynamique des fluides I. Actions de contact dans un fluide 1) Un bateau pneumatique sur la mer 2) Forces de pression 3) Forces de viscosité sur une surface 4) Equivalent volumique des forces de viscosité dans un écoulement incompressible 5) Approche expérimentale de la tension superficielle Lundi 12/10/15 Mardi 13/10/15 Mécanique des fluides : n 1 (Analyse d un écoulement au-dessus d un mur) Mécanique des fluides : n 1 (Analyse d un écoulement au-dessus d un mur), n 2 (Analyse de cartes de champ), n 3 (Ecoulement de Poiseuille plan), n 4 (Ecoulement sous une soufflante) TP noté n 4 : Filtrage Mercredi 14/10/15 Dynamique des fluides II. Equation du mouvement d une particule de fluide, équation de Navier-Stokes 1) Equation de Navier-Stokes 2) Nombre de Reynolds 3) Ecoulements réels, parfaits ; couche limite III. Equations dynamiques dans les écoulements parfaits 1) Equation d Euler DL n 4 pour le 10/11/15 : Le système respiratoire (CCP PSI 2008), Le phénomène de marées (E4A PC 2015), Analyse documentaire sur les forces de Coriolis Jeudi 15/10/15 Mécanique des fluides : n 6 (Ecoulement de Couette plan), n 7 (Viscosimètre de Couette) Correction du TP noté Questions ouvertes de mécanique : mesure du coefficient de frottement sur un disque en rotation