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Théorie cinétique des gaz: énergie cinétique moyenne et degrés de liberté

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Dans cours

PHYS-106(h): Physique générale : thermodynamique

Le but du cours de Physique générale est de donner à l'étudiant les notions de base nécessaires à la compréhension des phénomènes physiques. L'objectif est atteint lorsque l'étudiant est capable de prévoir quantitativement les conséquences de ces phénomène ...

Description

Cette séance de cours explore la théorie cinétique des gaz, en se concentrant sur le calcul de l'énergie cinétique moyenne par molécule pour interpréter la température, l'énergie interne et les degrés de liberté. Il explore également le principe d'équipartition de l'énergie, illustrant comment la température est une mesure de l'énergie cinétique de translation moyenne des molécules.

Enseignant·e

Ivo Furno

Enseignement et PhD Doctorant·es actuel·les Jules Amédée Aristobule Schadt, Renat Karimov, Amélie Renggli, Yuri Asnis, Michael Goddijn, Vanni Jonas Meier, Cyrille Sepulchre, Francesco D'Angelo A dirigé les thèses EPFL de Federico Nespoli, Oulfa Chellai, Thibaut François Hugo Richard, Fabian Manke, Riccardo Agnello, Alexandra Waskow, Lorenzo Ibba, Agus Rita, Kadi Lyes Roland A co-dirigé les thèses EPFL de Davoud Iraji, Christian Gabriel Theiler, Alexandre Dominique Bovet, Fabio Avino Cours Physique génér

Source officielle

Proximité ontologique

Physique

Thermodynamique: Statistical mechanics

Mécanique (science): Mécanique newtonienne

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Gaz parfait

Le gaz parfait est un modèle thermodynamique décrivant le comportement des gaz réels à basse pression. Ce modèle a été développé du milieu du au milieu du et formalisé au . Il est fondé sur l'observation expérimentale selon laquelle tous les gaz tendent vers ce comportement à pression suffisamment basse, quelle que soit la nature chimique du gaz, ce qu'exprime la loi d'Avogadro, énoncée en 1811 : la relation entre la pression, le volume et la température est, dans ces conditions, indépendante de la nature du gaz.

Théorie cinétique des gaz

La théorie cinétique des gaz a pour objet d'expliquer le comportement macroscopique d'un gaz à partir des caractéristiques des mouvements des particules qui le composent. Elle permet notamment de donner une interprétation microscopique aux notions de : température : c'est une mesure de l'agitation des particules, plus précisément de leur énergie cinétique ; pression : la pression exercée par un gaz sur une paroi résulte des chocs des particules sur cette dernière. Elle est liée à leur quantité de mouvement.

Gaz

vignette|Sphère de stockage de gaz naturel. vignette|Conduite de gaz de ville en polyéthylène. vignette|Panneau indiquant une conduite de gaz enterrée en France. vignette|Les gaz de combat ont été produits et utilisés de manière industrielle lors de la Première Guerre mondiale. Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à occuper tout le volume disponible.

Équipartition de l'énergie

thumb|266px|Agitation thermique d’un peptide avec une structure en hélice alpha. Les mouvements sont aléatoires et complexes, l’énergie d’un atome peut fluctuer énormément. Néanmoins, le théorème d’équipartition permet de calculer l’énergie cinétique moyenne de chaque atome ainsi que l’énergie potentielle moyenne de nombreux modes de vibration. Les sphères grises, rouges et bleues représentent des atomes de carbone, d’oxygène et d’azote respectivement. Les sphères blanches plus petites représentent des atomes d’hydrogène.

Loi des gaz parfaits

vignette|Isothermes d'un gaz parfait (diagramme (P,V,T)). La relation entre la pression P et le volume V est hyperbolique . En physique, et plus particulièrement en thermodynamique, la loi des gaz parfaits, ou équation des gaz parfaits, est l'équation d'état applicable aux gaz parfaits. Elle a été établie en 1834 par Émile Clapeyron par combinaison de plusieurs lois des gaz établies antérieurement. Cette équation s'écrit : avec : la pression (Pa) ; le volume du gaz (m3) ; la quantité de matière (mol) ; la constante universelle des gaz parfaits (≈ ) ; la température absolue (K).

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