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课程名称：热力学：应用 概述：本课程是MOOC“热力学：基础”的补充，旨在应用热力学的基本概念。由洛桑联邦理工学院的J.-Ph. Ansermet教授主讲，课程邀请了来自RESCIF网络的多位领域专家分享热力学在化学、工程和物理等领域的应用。 课程目标是理解并能够运用热力学的基本概念。课程首先介绍热力学的第一与第二定律，随后探讨不可逆性问题及热力学势。建立这些概念的基础后，课程将重点应用于工程领域，例如热传导、热量测量和相变，并介绍将化学能转换为电能的相关内容。 课程最后将涵盖更高级的主题，如热力循环、热机的工作原理、适用于连续介质的热力学概念及不可逆过程的讨论。 讲师团队包括洛桑联邦理工学院的Michael Grätzel教授和Sylvain Brechet博士，喀麦隆雅温得高等师范学院的Paul Ekam、Théophile Mband、Marthe Boyomo和André Talla教授，比利时鲁汶大学的Miltiadis Papalexandris教授，加拿大蒙特利尔理工学院的Etienne Robert教授，以及黎巴嫩圣约瑟夫大学的Marwan Brouche教授。 课程大纲： 1. **热量测量** - Paul Ekam（雅温得高等师范学院） - 介绍微量热交换模型及热力学特性之间的关系。 2. **相变** - Marthe Boyomo（雅温得高等师范学院） - 探讨物质状态的突变及其稳定性。 3. **热力学与化学反应** - Théophile Mbang（雅温得高等师范学院） - 应用热力学概念来建模化学反应的动力学。 4. **电化学** - Michael Grätzel（洛桑联邦理工学院） - 结合热力学模型分析电池和燃料电池的工作原理。 5. **流体热力学特性** - André Talla（雅温得高等师范学院） - 描述各种热力过程以及其效率和功率的定义。 6. **热机** - Etienne Robert（蒙特利尔理工学院） - 讨论热循环的技术应用，如内燃机和燃气涡轮。 7. **热传导** - Marwan Brouche & Chantal Maatouk（圣约瑟夫大学） - 讲解热量的传递方式，包括对流、传导和辐射。 8. **连续介质** - Miltiadis Papalexandris（鲁汶大学） - 开发局部热力学描述，定义关键的热力学场。 9. **不可逆过程** - Miltiadis Papalexandris（鲁汶大学） - 使用连续介质热力学建模不可逆过程，包括各种物理规律和效应。 本课程通过多位专家的视角，使学生充分理解热力学的应用及重要性。
Part: 1
Title:Calorimétrie - Ekam - ENSP Yaoundé
Description:Dans ce chapitre, le professeur Paul Ekam de l'Institut Polytechnique de Yaoundé au Cameroun présente la manière dont on modélise les échanges infinitésimaux de chaleur. Ceux-ci sont fonction de plusieurs variables d'état reliées par des coefficients appelés coefficients calorimétriques. Les potentiels thermodynamiques permettent ensuite de déterminer des relations entre ces coefficients. Finalement ces coefficients sont appliqués dans le cas d'un gaz parfait pour calculer les échanges de travail et de chaleur pour les processus standard (isotherme, adiabatique et isochore).
Part: 2
Title:Transitions de phase - Boyomo - ENSP Yaoundé
Description:Dans ce chapitre, le docteur Marthe Boyomo de l'Institut Polytechnique de Yaoundé au Cameroun présente les éléments de base de la théorie des transitions de phase, c'est-à-dire des variations abruptes de l'état de la matière. La première partie traite de la stabilité de ces états. La deuxième partie traite des transitions dites de premier ordre. Dans la troisième partie, ceci est illustré par l'exemple de la transition liquide-vapeur en utilisant le modèle de van der Walls.
Part: 3
Title:Thermodynamique et réactions chimiques - Mbang - ENSP Yaoundé
Description:Dans ce chapitre, le docteur Théophile Mbang de l'Institut Polytechnique de Yaoundé au Cameroun applique les concepts de la thermodynamique pour modéliser la dynamique des réactions chimiques. Il introduit l'avancement d'une réaction chimique et définit l'enthalpie et l'énergie libre de Gibbs d'une réaction chimique. Il discute aussi la loi de Hess et la loi d'action de masse.
Part: 4
Title:Electro-chimie - Graetzel - EPFL Lausanne
Description:Dans ce chapitre le professeur M. Graetzel de l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne en Suisse applique les concepts de la thermodynamique à l'électrochimie. Les outils de base de la thermodynamique permettent de modéliser les fonctionnement des batteries, ainsi que celui des piles à combustibles. Le cas d'une pile à concentration est abordé en exercice. La généralisation du potentiel chimique en électrochimie est le potentiel électrochimique qui rend notamment comptes des interactions électrostatiques entre des ions.
Part: 5
Title:Propriétés thermodynamiques des fluides - Talla - ENSP Yaoundé
Description:Dans ce chapitre le professeur André Talla de l'Institut Polytechnique de Yaoundé au Cameroun applique les concepts de la thermodynamique à des fluides. Il décrit en particulier des processus isothermes, adiabatiques, isochores et isobares. En considérant un cycle thermodynamique ditherme (constitué de deux isothermes) il définit la notion de rendement et celle d'efficacité.
Part: 6
Title:Machines thermiques - Robert - Ecole Polytechnique de Montreal
Description:Dans ce chapitre, le professeur Etienne Robert de l'École Polytechnique de Montréal au Canada discute les applications techniques des cycles thermodynamiques. Il explique le fonctionnement du moteur à combustion, des turbine à gaz et des pompes thermiques.
Part: 7
Title:Transferts thermiques - Brouche & Maatouk - USJ Beyrouth
Description:Dans ce chapitre le Docteur Marwan Brouche et le Docteur Chantal Maatouk de l'université Saint-Josèphe à Beyrouth au Liban traitent des transferts de chaleur par convection, conduction et radiation. Ils discutent notamment l'équation de la chaleur.
Part: 8
Title:Milieux continus - Papalexandis - UCL Louvain
Description:Dans ce chapitre, le professeur Miltiadis Papalexandris de l'Université Catholique de Louvain en Belgique développe une description locale de la thermodynamique où les systèmes locaux sont à l’équilibre. Cela lui permet de définir les champs intensifs "température", "pression" et "potentiel thermodynamique". En suivant cette approche, il détermine notamment les équations qui localement gouvernent la thermostatique, la thermodynamique des processus réversibles et celle des processus irréversibles.
Part: 9
Title:Processus irréversibles - Papalexandis - UCL Louvain
Description:Dans ce chapitre, le professeur Miltiadis Papalexandris de l'Université Catholique de Louvain en Belgique applique la thermodynamique des milieux continus pour modéliser les processus irréversibles. Ces processus sont décrits par des relations linéaires entre les courants généralisés et les forces généralisées qui décrivent des lois et des effets physiques. Comme exemple, il présente entre autres les lois d’Ohm, de Fick et de Fourier, et les effets Hall, Seebeck et Joule.
Ce cours complète le MOOC « Thermodynamique : fondements » qui vous permettra de mettre en application les concepts fondamentaux de la thermodynamique. Pour atteindre cet objectif, le Professeur J.-Ph. Ansermet de l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne s’est entouré d’experts et de spécialistes des différents domaines d’application provenant de diverses institutions partenaires du réseau RESCIF. Vous pourrez ainsi voir l’usage de la thermodynamique en chimie, en ingénierie et en physique. L’objectif du cours est la compréhension et la capacité de mise en application des concepts fondamentaux de la thermodynamique. Après la présentation du premier et deuxième principe de la thermodynamique, l’exposé abordera les questions d’irréversibilité ainsi que les potentiels thermodynamiques. Après l’établissement de ces bases conceptuelles qui font l’objet de la première partie, leurs applications à l’ingénierie tels que les transferts thermiques, la calorimétrie et les transitions de phases, seront traitées. Ensuite le point de vue de la chimie sera présenté pour aborder la conversion de l’énergie chimique en électricité. Finalement, des sujets plus avancés sont abordés, à savoir les cycles thermodynamiques, les machines thermiques, les concepts de thermodynamique adaptés au milieu continu et finalement les processus irréversibles. Le professeur J.-Ph. Ansermet qui est l’instigateur de ce cours est entouré d’experts et de spécialistes des différents domaines d’application, enseignant la thermodynamique dans diverses institutions partenaires du réseau RESCIF. Ce sont : le Professeur Michael Grätzel et le docteur Sylvain Brechet de l’EPFL, les Professeurs Paul Ekam, Théophile Mband, Marthe Boyomo et André Talla de l’ENSP de Yaoundé, le professeur Miltiadis Papalexandris de UCL à Louvain, le Professeur Etienne Robert du Polytechnique de Montréal et le Professeur Marwan Brouche de l’Université St-Joseph de Beyrouth.
