Premier principe de la thermodynamique des systèmes ouverts

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En thermodynamique, on peut considérer des systèmes fermés (qui n'echangent ni chaleur ni matière avec l'extérieur) ou des systèmes ouverts (qui échangent matière ou chaleur ou les deux) Prenons l'exemple d'une baignoire : intialement elle est vide. On la remplit petit à petit avec de l'eau chaude. elle va alors échangé de la matière avec l'extérieur (de l'eau, qui provient des tuyaux) et de la chaleur grâce à l'eau qu'elle contient. En physique, on essaye de quantifier ces échanges, avec des bilans énergétiques.

Un système ouvert peut être décomposé comme suit:

*Un volume de contrôle (CV), dont le volume est fixé et constant, ex: la baignoire
*Un "petit" volume d'entrée, ex: le volume d'eau qui sort du robinet pendant une "petite" période dt
*Un "petit" volume de sortie, ex: si vous laissez le siphon ouvert, le volume d'eau qui sort de la baignoire.

Dans ce cas, on quantifie par:

   * ms, le débit de sortie
   * me, le débit d'entrée
   * he et hs les enthalpies à l'entrée et la sortie
   * ve et vs les vitesses d'entrée et de sortie de l'eau de la baignoire 
   * g l'accélération de pesanteur (g = 9,81m / s2)
   * ze et zs les altitudes d'entrée et de sortie
   * U l'énergie interne du système 
   * dQ/dt le flux de chaleur échangée
   * dW/dt la puissance par les autres forces que celles de pesanteur et des forces de pression en entrée et en sortie (ex travail d'une pompe). On la nomme souvent puissance "utile".(Son opposé est la puissance "récupérable")
   * Ec l'énergie cinétique
   * Ep l'énergie mécanique

Le premier principe pour les systèmes ouverts dit alors:

(d(U + Ec + Ep) / dt) + ms(hs + 1 / 2(vs2) + g * zs) + me(he + 1 / 2(ve2) + g * ze) = dQ / dt + dW / dt

Notez que le bilan entropique d(U + Ec + Ep) / dt est fait sur le volume de contrôle

[modifier] voir aussi

• Premier principe de la thermodynamique

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