Introduction à la thermodynamique/Grandeurs usuelles

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Température

La température d'un système est une fonction croissante du degré d'agitation thermique des particules, c'est-à-dire de son énergie thermique. On peut donner plusieurs définitions de la température suivant l'aspect sous lequel on étudie le système. Son unité légale est le kelvin (K).

Température absolue

Elle est définie à partir du point triple de l'eau : un kelvin est égal à (1/273,16) fois la température du point triple de l'eau. Le zéro absolu correspond à une absence totale d'agitation microscopique et à une température de −273,15 °C.

Température cinétique

Définition

La température cinétique d'un gaz de particules de masse m et de vitesse quadratique moyenne u est définie par $T_{cin}={\frac {mu^{2}}{3k_{B}}}\!$ où $k_{B}$ est la constante de Boltzmann.

Température thermodynamique

Définition

Définie à partir des fonctions énergie interne et entropie, la température thermodynamique $T_{th}$ d'un système est : ${\frac {1}{T_{th}}}=\left({\frac {\partial S}{\partial U}}\right)_{V}\!$.

Pression

Pression d'un fluide

On considère un fluide enfermé dans un volume V de surface extérieure $\scriptstyle \Sigma$.

Définition

Sur un élément infinitésimal de surface $\scriptstyle \mathrm {d} ^{2}S$ de $\scriptstyle \Sigma$, le fluide exerce une force $\scriptstyle \mathrm {d} ^{2}{\vec {F}}$. La pression p du fluide est alors définie par $\mathrm {d} ^{2}{\vec {F}}=p.\mathrm {d} ^{2}S.{\vec {n}}\!$ avec $\scriptstyle {\vec {n}}$ le vecteur normal à $\scriptstyle \Sigma$ au niveau de $\scriptstyle \mathrm {d} ^{2}S$, orienté vers l'extérieur de $\Sigma$.

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Pression cinétique

Définition

La pression cinétique d'un gaz de particules de masse m et de vitesse quadratique moyenne u est définie par $p_{cin}={\frac {mu^{2}n^{*}}{3}}\!$ où n* est la densité de particules.

Pression thermodynamique

Définition

Définie à partir de la fonction entropie, la pression thermodynamique $p_{th}$ d'un système est définie par : ${\frac {p_{th}}{T_{th}}}=\left({\frac {\partial S}{\partial V}}\right)_{U}\!$.