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Qu'est-ce que la thermodynamique ?

La thermodynamique est la partie de la physique qui est responsable de la relation entre la chaleur et le travail. Étudier les effets de la variation de pression, de température et de volume d'un système physique (on comprend par système physique un liquide, un matériau, un ensemble de corps, etc.), à un niveau macroscopique, c'est-à-dire qu'il peut être observé.

Qu'est-ce que la thermodynamique ?

Le nom thermodynamique vient de la racine thermo, ce qui signifie chaleur et dynamique qui se réfèrent au mouvement. Le mouvement de la chaleur dans un corps.

La matière est composée de différentes particules qui se déplacent de manière désordonnée (ce qu'on appelle l'entropie). La thermodynamique étudie ce mouvement désordonné.

La thermodynamique est d'une grande importance qui décrit un grand nombre de phénomènes physiques, y compris le fonctionnement des moteurs thermiques.

À quoi sert la thermodynamique?

La thermodynamique peut être appliquée à une grande variété de sujets scientifiques et techniques, tels que les moteurs, les transitions de phase, les réactions chimiques, les phénomènes de transport et même les trous noirs.

L'étude de la thermodynamique est d'une grande importance dans les moteurs thermiques. Le cycle diesel, le cycle Otto ou la machine à vapeur ou le moteur Stirling ont une relation étroite avec la thermodynamique et ses lois car il y a un échange de chaleur dans chacun d'eux.

Les résultats de la thermodynamique sont essentiels pour d'autres domaines de la physique et de la chimie, du génie chimique, du génie aérospatial, du génie mécanique, de la biologie cellulaire, du génie biomédical et de la science des matériaux, pour n'en nommer que quelques-uns.

Quelles sont les lois de la thermodynamique?

Les trois lois de la thermodynamique sont:

  1. Première loi de la thermodynamique: lorsque l'énergie passe, sous forme de travail, de chaleur ou de matière, à l'intérieur ou à l'extérieur d'un système, l'énergie interne du système change selon la loi de conservation de l'énergie.
  2. Deuxième loi de la thermodynamique: dans un processus thermodynamique naturel, la somme des entropies des systèmes thermodynamiques en interaction augmente.
  3. Troisième loi de la thermodynamique: l'entropie d'un système se rapproche d'une valeur constante lorsque la température se rapproche du zéro absolu.

De plus, une "loi zéro" est conventionnellement ajoutée, qui définit l'équilibre thermique:

Loi zéro de la thermodynamique: si deux systèmes sont en équilibre thermique avec un troisième système, ils sont en équilibre thermique l'un avec l'autre. Cette loi permet de définir le concept de température.

Quelle loi dit que l'énergie n'est pas créée ou détruite, seulement transformée?

La loi de conservation de l'énergie. Cette loi est une conséquence de la première loi de la thermodynamique. La loi de conservation de l'énergie établit que la quantité totale d'énergie dans un système isolé reste constante à tout moment. Une conséquence directe de cela est que l'énergie ne peut pas être créée ou détruite, mais elle ne peut être convertie que d'une forme à une autre.

Un exemple d'application de la loi de conservation de l'énergie est la conversion de l'énergie de l'énergie chimique en énergie cinétique. Une autre conséquence de cette loi est qu'un appareil mobile perpétuel ne peut continuer à se déplacer seul que s'il n'alimente pas son environnement, en pratique ce n'est pas faisable.

Selon la théorie spéciale de la relativité d'Albert Einstein, la masse est une forme d'énergie, et l'énergie et la masse peuvent être fusionnées. Par conséquent, il y a peu de distinction entre les particules de matière et les particules d'énergie, car elles peuvent se changer mutuellement par, entre autres, l'anéantissement. Cependant, cela n'affecte pas la quantité totale d'énergie dans un système fermé. Par conséquent, la loi sur la conservation de l'énergie vise à préserver la quantité totale d'énergie dans un système isolé, y compris l'énergie de masse au repos et toutes les autres formes d'énergie (cinétique, chimique, thermique, etc.).

Etude de la thermodynamique

Les principaux éléments dont nous disposons pour étudier la thermodynamique sont:

  • Les lois de la thermodynamique. Ces lois de la thermodynamique définissent la manière dont l'énergie peut être échangée entre les systèmes physiques sous forme de chaleur ou de travail. Il existe 4 lois de la thermodynamique qui sont répertoriées en commençant par la loi zéro de la thermodynamique.
  • Entropie L'entropie définit le trouble dans lequel les particules internes qui composent la matière se déplacent. L'entropie est une grandeur qui peut être définie pour n'importe quel système. 

En thermodynamique, les interactions entre différents systèmes sont étudiées et classées. Cette étude conduit à définir des concepts tels que le système thermodynamique et son contour. Un système thermodynamique est caractérisé par ses propriétés, liées les unes aux autres par des équations d'état. Ceux-ci peuvent être combinés pour exprimer l'énergie interne et les potentiels thermodynamiques, utiles pour déterminer les conditions d'équilibre entre les systèmes et les processus spontanés.

Avec ces outils, la thermodynamique décrit comment les systèmes réagissent aux changements de leur environnement.

Evolution historique de la thermodynamique

Au début, les développements technologiques, tels que les machines dites à vapeur ou les thermomètres, ont été réalisés de manière empirique. Mais ce n'est qu'au XIXe siècle que des scientifiques comme Carnot et Joule ont officialisé leurs résultats et déterminé les causes théoriques de leur fonctionnement.

Dans un premier temps, la thermodynamique a commencé à être étudiée afin d'augmenter le rendement des premières machines à vapeur.

Auteur :

Date de publication : 30 août 2017
Dernier examen : 28 février 2020

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