Annales sur Thermodynamique, cycles, COP, théorème de Carnot

Thermodynamique

Au programme

La thermodynamique en spé prolonge la sup avec le premier et le second principe en système ouvert et fermé, les machines thermiques (Carnot, moteurs, pompes à chaleur), la diffusion thermique (loi de Fourier, équation de la chaleur). En PC s'ajoute un volet transferts thermiques par conduction, convection, rayonnement. La PSI met l'accent sur les bilans en régime stationnaire et transitoire. Au programme commun de spé MP, PC, PSI.

Pourquoi c'est testé

102 sujets de concours dans notre base mobilisent la thermodynamique. CCINP, Centrale-Supélec et Mines-Ponts l'utilisent systématiquement, souvent dans des problèmes de machine thermique ou de transferts. Les pièges récurrents pointés par les jurys :

• Premier principe en écoulement stationnaire mal énoncé : « premier principe » seul ne suffit pas (jury Centrale-Supélec PSI 2020 : « Beaucoup de candidats ne font pas la différence entre premier principe et premier principe en écoulement stationnaire »)
• Système ouvert vs système fermé confondus (jury Centrale-Supélec PSI 2020 : « Les études thermodynamiques en système ouvert et en système fermé sont trop souvent confondues »)
• Loi de Laplace appliquée en degrés Celsius au lieu de kelvins (jury Centrale-Supélec PSI 2025 : « Un nombre encore important de copies effectue une application numérique de la loi de Laplace en conservant des températures en degrés Celsius, ce qui est une erreur conceptuelle de base »)
• Effet Joule confondu avec toute dissipation thermique (jury Centrale-Supélec PSI 2020 : « L'effet Joule est souvent mentionné pour désigner toute dissipation d'énergie sous forme thermique quelle qu'en soit l'origine »)

Comment réviser

Trois axes priorisés :

1. Identifier le système thermodynamique avant tout calcul : ouvert ou fermé, frontières, échanges avec l'extérieur. 2. Convertir systématiquement les températures en kelvins dès l'apparition d'une loi de Laplace, d'une entropie ou d'un rendement de Carnot. 3. Travailler les sujets de thermodynamique appliquée : Physique-Chimie 1 Centrale-Supélec PSI 2020 (machines thermiques), Physique-Chimie 1 Centrale-Supélec PSI 2025 (loi de Laplace et Bernoulli).