« Introduction à la thermodynamique/Introduction » : différence entre les versions

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Quoi que d'une application pouvant s'avérer extrèmementextrêmement compliquée, la thermodynamique repose sur des lois simples et évidentes, surtout si on se mémore quelques analogies qui nous permettrons ensuite toujours de comprendre des systèmes extrèmementsextrêmement abstraits grâce à des exemples concrets de la vie de tous les jours.
 
La thermodynamique se résume en 4 [[w:principe|Principes]] :
 
=== [[w:Premier_principe_de_la_thermodynamique|Premier principe de la Thermodynamique]] ===
Dans un système fermé, il y a conservation d'énergie. Cela revient à dire que si un système (par exemple un gaz contenu dans une bouteille) ne perd pas d'énergie et qu'il n'en gagne pas, son énergie est constante. Ca paraît bête comme ça, mais par définition, un principe est quelque chose d'évident que l'on ne peut pas prouver. Or, on ne sait pas faire de système fermé parfait (le seul vrai système fermé qui soit est l'univers), notre bouteille aura des échanges thermiques par [[w:conduction|conduction]], [[w:convection|convection]] et [[w:rayonnement|rayonnement]] avec l'extérieur, des échanges gazeux par porosité du métal qui la compose, etc... Une extension du premier principe consiste à dire que l'énergie d'un système ouvert (puisque nous avons vu qu'un système fermé n'existe pas) est égale à la somme de son énergie initiale plus l'énergie qu'il a gagné moins l'énergie qu'il a perdue. Notons que, toute mesure de l'énergie d'un système perturbant ce système (par exemple, mesurer la température d'un océan modifie la température de cet océan car en plongeant un thermomètre dans l'océan, il se crée un équilibre thermique entre l'océan et le thermomètre se traduisant par des échanges d'énergie entre ces deux systèmes. Dans ce cas, c'est bien évidement négligeable et on peut considérer l'influence du thermomètre comme très faible, mais elle n'est théoriquement pas nulle.), il est théoriquement impossible de vérifier ce principe, même si on peut estimer très précisément les influences de la mesure. Ce principe est très évident, mais peut impliquer des raisonnements extrèmementextrêmement complexes.
 
===[[w:Deuxi%C3%A8me_principe_de_la_thermodynamique|Second principe de la Thermodynamique]]===
Le second principe de la Thermodynamique décrit l'irréversibilité des phénomènes thermodynamiques. Il quantifie l'[[w:entropie|entropie]] (notée S) qui est une forme de l'[[w:énergie interne|énergie interne]] d'un système dite dégradée. L'entropie d'un système ne peut qu'augmenter (ou être constante). On peut diminuer l'entropie d'un système fermé, mais cela se fera au prix d'une dégradation au moins égale de l'entropie extérieure au système. Pour imager la chose, immaginonsimaginons un verre rempli d'une dose de pastis pur (sans alcool bien sûr...) et une carafe remplie de 5 doses d'eau. Si on verse l'eau dans le pastis, il va se créer un mélange trouble. Il y a eu augmentation d'entropie entre l'entropie du système "une dose de pastis pur" plus l'entropie du système "5 doses d'eau pure" et l'entropie du système "Une dose de pastis pur plus 5 doses d'eau pure".
Cela se décrit aussi avec la formule suivante :<br />
<math>S(\mbox{une dose de pastis pur} + 5\mbox{ doses d}'\mbox{eau pure}) = S(\mbox{une dose de pastis pur}) + S(5\mbox{ doses d}'\mbox{eau pure}) + \Delta(S) \,</math><br />
Il est intéressant de noter que l'on peut faire une analogie entre l'entropie et l'état de désordre de notre système. Ainsi, l'entropie ne pouvant qu'augmenter, le désordre se répand tout autour de nous. C'est pourquoi on sait que l'univers va à sa perte car au bout d'un temps infini, toute son énergie sera transformée en entropie, donc en désordre et il faudrait trouver un autre système (hors de l'univers) à qui transférer notre désordre si nous voulons continuer avec l'ordre...
 
Le second principe de la thermodynamique est plus abstrait que le premier. Cette notion d'ordre et de désordre est assez difficile à appréhender car on l'utilise surtoursurtout au niveau moléculaire, mais ces exemples parlants sont là pour nous rappeller l'évidence même de ce principe.
 
===[[w:Principe_z%C3%A9ro_de_la_thermodynamique|Principe zéro de la Thermodynamique]]===
Si deux systèmes A et B sont en équilibre thermodynamique et si B et C le sont aussi, alors A et C sont en équilibre thermodynamique, cette propriété est appelléeappelée '''propriété de transitivité'''.
 
Un système en équilibre thermodynamique est un système dont les propriétés de pression, température, volume, etc... ne varient pas avec le temps. Une tasse de café chaud dans la cuisine n'est pas en équilibre avec son environnement : parce qu'elle refroidit, sa température diminue. Lorsque sa température atteint la température de la pièce, la tasse de café devient en équilibre avec son environnement. Remarquons que l'absence de variation avec le temps de la pression, du volume, etc est nécessaire mais pas suffisante. En effet, une vitre en hiver a tous ses points à température constante au bout d'un moment, mais elle est le siège d'un phénomène de transfert thermique : on ne peut donc pas dire qu'elle est en équilibre.