Enseignant(s)
Papalexandris Miltiadis
Langue d'enseignement
Anglais
Lieu de l'activité
Louvain-la-Neuve
Thèmes abordés
Partant de la théorie cinétique des gaz, d'une part, et de la thermodynamique classique, d'autre part, il s'agit d'élaborer une théorie générale des processus irréversibles.
Le cours fera ainsi le point sur les diverses approches de la thermodynamique, depuis la théorie classique de Prigogine et Onsager jusqu'aux théories plus générales développées par (i) Truesdell et Noll, (ii) Jou, Lebon et (iii) Müller
Acquis d'apprentissage
Eu égard au référentiel AA du programme « Master ingénieur civil mécaniciens », ce cours contribue au développement, à l'acquisition et à l'évaluation des acquis d'apprentissage suivants :
- AA2.1, AA2.2, AA2.3
- AA3.1, AA3.3
- AA5.1, AA5.2, AA5.6
- AA6.1, AA6.2, AA6.3, AA6.4
- AA1.1, AA1.2, AA1.3
Plus précisément, au terme du cours, l'étudiant sera capable de :
- Proposer une approche originale et moderne de la thermodynamique du non-équilibre.
- Présenter une description unifiée des processus thermiques, mécaniques, visqueux et électromécaniques en vue de renforcer chez l'étudiant l'esprit de synthèse.
Appliquer la théorie ainsi développée à la modélisation de divers phénomènes de mécanique des fluides et des solides, tant en ingénierie qu'en géophysique.
Modes d'évaluation des acquis des étudiants
Examen : écrit avec livres, notes de cours et notes personnelles. La note d'examen sera la note finale au cours.
Méthodes d'enseignement
- Cours magistral
- Séances d'exercices
Contenu
- Approche cinétique : Rappels de théorie cinétique des gaz (Maxwell-Boltzmann). Liens entre grandeurs macroscopiques et théorie cinétique : dérivation des principales fonctions matérielles pour les gaz (viscosité, conductibilité thermique, coefficient de diffusion, équation d'état, énergie interne, chaleurs spécifiques, entropie). Limites de la théorie continue (gaz raréfiés, plasmas). Eventail des problèmes spécifiques aux liquides (macromolécules) et aux solides (plasticité).
- Approche continue : Rappels de thermodynamique : loi de conservation de l'énergie, second principe, température absolue et entropie, potentiels thermodynamiques, thermochimie et électrochimie, équations de Gibbs et de Gibbs-Duhem, changements de phase, interfaces.
- Théorie classique des phénomènes irréversibles (théorie linéaire d'Onsager-Prigogine) : Equilibre local, production d'entropie, flux et forces thermodynamiques, relations de réciprocité, lois d'évolution et de comportement. Etats stationnaires : critères de production d'entropie minimum et d'énergie dissipée minimum. Couplage entre phénomènes thermiques, mécaniques et électromagnétiques : effets thermoélectriques et thermomagnétiques.
- Introduction aux théories modernes. Thermodynamique rationnelle : mémoire; objectivité; inégalité de Clausius-Duhem; équations de comportement; application aux fluides non-newtoniens et aux solides viscoélastiques. Thermodynamique "étendue" (Extended Irreversible Thermodynamics) : hypothèses de base; causalité; application à la conduction thermique; second son; comparaison avec la théorie classique d'Onsager- Prigogine.
Bibliographie
- Notes du cours LMECA2771 (en français). Obligatoire, disponible sur le site i-campus du cours.
- Notes suppleméntaires sur la théorie cinétique des gaz et sur la thermodynamique rationnelle. Obligatoire, disponible sur le site i-campus du cours.
- G. Lebon, D. Jou & J. Casas-Vasquez, Understanding Non-equilibrium Thermodynamics, Springer, 2008. Conseillé
- D. Kondepudi & I. Prigogine, Modern Thermodynamics, Wiley, 1999. Conseillé.
- S.R. De Groot and P. Mazur, Non-equilibrium Thermodynamics, Dover, 1984. Conseillé.
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Teacher
Papalexandris Miltiadis ;
Language
English
Place of the course
Louvain-la-Neuve
Main themes
- Elaboration of a general theoretical framework of irreversible phenomena having as starting points the kinetic theory of gases and classical thermodynamics
- Presentation of the classical theory of Onsager-Prigogine. Presentation of more recent theories such as Rational Thermodynamics (theory of Truesdell & Noll) and Extended Thermodynamics (theories of Jou & Lebon and of Müller).
Aims
With respect to the reference AA of the programme of studies ``Master in Mechanical Engineering'', this course contributes to the development and acquisition of the following skills
- AA2.1, AA2.2, AA2.3
- AA3.1, AA3.3
- AA5.1, AA5.2, AA5.6
- AA6.1, AA6.2, AA6.3, AA6.4
- AA1.1, AA1.2, AA1.3
Specific learning outcomes of the course
- A modern approach to non-equilibrium thermodynamics.
- Unified description of thermal, mechanical, viscous, and electromechanical processes in order to enchance the student's synthetic skills.
- Application of theoretical results in the modelling of irreversible phenomena in fluid and solid mechanics, geophysics, etc.
Evaluation methods
Written exam, with open books and notes. The score on the course will be determined solely on the score on the exam.
Teaching methods
- Course lectures
- Session of exercises
Content
- Kinetic approach. Presentation of the Maxwell-Boltzmann kinetic theory of gases. Relations between mascroscopic variables and kinetic theory. Derivation of principal transport coefficients (viscosity coefficient, conductivity, diffusivity), state equations, thermodynamic functions and their derivatives (internal energy, specific heats, entropy). Limits of continuum theory (rarefied gases, plasma). Study of specific problems in liquids (macromolecules) and solids (plasticity).
- Continuum approach. Summary of equilibrium thermodynamics: first thermodynamic axiom (principle of energy conservation), absolute temperature and entropy, second thermodynamic axiom, thermodynamic potentials, thermochemistry and electrochemistry, Gibbs relations, equation of Gibbs & Duhem, phase transitions, interfaces.
- Classical theory of irreversible thermodynamics (linear theory of Onsager-Prigogine): local equilibrium, entropy production, thermodynamic fluxes and forces, reciprocal relations, evolution laws and constitutive relations. Stationary states: criteria for minimum of entropy production and minimum of dissipated energy. Couplings between thermal, mechanical, and electromagnetic phenomena: thermoelectric and thermomagnetic effects.
- Introduction to modern theories. Rational thermodynamics: material memory, objectivity, Clasius-Duhem inequality, constitutive relations. Applications in Non-Newtonian fluids and viscoelastic materials. Extended irreversible thermodynamics: basic hypotheses, causality, application in thermal conduction, second sound, comparison with the linear theory of Onsager-Prigogine
Bibliography
- Lecture notes of the course LMECA2771 (in French). Compulsory, available on the i-campus site of the course.
- Supplementaty notes on the kinetic theory of gases and on rational thermodynamics. Compulsory, available on the i-campus site of the course.
- G. Lebon, D. Jou & J. Casas-Vasquez, Understanding Non-equilibrium Thermodynamics, Springer, 2008. Recommended
- D. Kondepudi & I. Prigogine, Modern Thermodynamics, Wiley, 1999. Recommended
- S.R. De Groot and P. Mazur, Non-equilibrium Thermodynamics, Dover, 1984. Recommended
- Enseignant: Papalexandris Miltiadis