Utilisateur:
Lois de la thermodynamique
Storyboard 
Il existe trois lois fondamentales de la thermodynamique :
La première loi de la thermodynamique établit la conservation de l'énergie, stipulant que l'énergie interne d'un système est égale à la somme de la chaleur ajoutée au système moins le travail effectué par le système.
La deuxième loi de la thermodynamique affirme que dans un système isolé, le système évolue vers un état d'équilibre thermodynamique où l'entropie atteint sa valeur maximale.
La troisième loi de la thermodynamique soutient que lorsque la température approche du zéro absolu, l'entropie du système tend vers une valeur constante, qui est généralement nulle.
ID:(1337, 0)
Lois de la thermodynamique
Storyboard
Il existe trois lois fondamentales de la thermodynamique : La première loi de la thermodynamique établit la conservation de l'énergie, stipulant que l'énergie interne d'un système est égale à la somme de la chaleur ajoutée au système moins le travail effectué par le système. La deuxième loi de la thermodynamique affirme que dans un système isolé, le système évolue vers un état d'équilibre thermodynamique où l'entropie atteint sa valeur maximale. La troisième loi de la thermodynamique soutient que lorsque la température approche du zéro absolu, l'entropie du système tend vers une valeur constante, qui est généralement nulle.
Variables
Calculs
à 
,
puis, sélectionnez la variable: 
à 
Calculs
Variable
Donnée
Calculer
Cible :
Équation
À utiliser
Équations
tant donn que a force mécanique ($F$) divis par a section ($S$) est gal a pression ($p$) :
et que a variation de volume ($\Delta V$) avec le distance parcourue ($dx$) est gal :
L' quation pour le différentiel de travail inexact ($\delta W$) peut tre exprim e comme suit :
Elle peut donc tre crite comme :
tant donn que le différentiel d'énergie interne ($dU$) est en relation avec le différence de chaleur inexacte ($\delta Q$) et le différentiel de travail inexact ($\delta W$) comme illustr ci-dessous :
Et il est connu que le différentiel de travail inexact ($\delta W$) est li a pression ($p$) et a variation de volume ($\Delta V$) comme suit :
Par cons quent, nous pouvons en conclure que :
Comme le différentiel d'énergie interne ($dU$) d pend de le différence de chaleur inexacte ($\delta Q$), a pression ($p$) et a variation de volume ($\Delta V$) selon l' quation :
et l'expression de la deuxi me loi de la thermodynamique avec a température absolue ($T$) et a variation d'entropie ($dS$) est la suivante :
nous pouvons en conclure que :
Exemples
Les lois de la thermodynamique sont des principes fondamentaux qui d crivent comment l' nergie est transf r e et transform e dans les syst mes physiques.
La premi re loi, ou loi de la conservation de l' nergie, stipule que l' nergie ne peut ni tre cr e ni d truite; elle peut seulement tre transf r e ou convertie d'une forme une autre. Cela signifie que l' nergie totale d'un syst me isol reste constante.
La deuxi me loi tablit que dans tout processus naturel, l'entropie totale d'un syst me isol ne peut jamais diminuer au fil du temps; elle peut seulement rester constante ou augmenter. Ce principe explique pourquoi certains processus sont irr versibles et pourquoi l' nergie tend se disperser, conduisant un plus grand d sordre dans le syst me.
La troisi me loi affirme qu' mesure qu'un syst me approche du z ro absolu, l'entropie du syst me approche d'une valeur minimale. Pour une substance parfaitement cristalline au z ro absolu, l'entropie est nulle. Cette loi implique que le z ro absolu ne peut pas tre atteint par un nombre fini de processus et tablit un point de r f rence pour la d termination de l'entropie.
Ensemble, ces lois d crivent la conservation et la dispersion de l' nergie, la direction des processus spontan s et les limites pour atteindre le z ro absolu, fournissant ainsi un cadre complet pour comprendre les syst mes thermodynamiques.
Il existe une loi z ro de la thermodynamique qui d finit l'existence d'une propri t transitive, dans le sens que :
• Si les syst mes A et B ont la m me temp rature.
• Si les syst mes A et C ont la m me temp rature.
Alors, n cessairement, les syst mes B et C auront la m me temp rature.
La premi re loi de la thermodynamique tablit que l' nergie est toujours conserv e.
Alors qu'en m canique, on observe une conservation similaire, limit e aux syst mes non dissipatifs (par exemple, en excluant le frottement), la thermodynamique g n ralise cette notion en prenant en compte non seulement le travail m canique, mais aussi la chaleur g n r e ou absorb e par le syst me.
Dans ce sens, la conservation de l' nergie telle que postul e en thermodynamique n\'a aucune restriction et s\'applique tous les syst mes, tant que toutes les changes et conversions d\' nergie possibles sont prises en compte.
La premi re loi de la thermodynamique stipule que l' nergie est conserv e, et en particulier, qu'il existe deux fa ons de modifier l' nergie interne du syst me, appel e a énergie interne ($U$). Cela peut tre r alis soit en ajoutant ou en retirant le teneur en calories ($Q$) et en effectuant un travail sur le syst me ou en permettant au syst me d'effectuer un travail, repr sent par le travail efficace ($W$).
La deuxi me loi restreint ces processus en limitant la conversion de a énergie interne ($U$) et de le travail efficace ($W$). En ce sens, elle tablit qu'il n'est pas possible que toute l' nergie le différentiel d'énergie interne ($dU$) soit compl tement convertie en travail utile le différentiel de travail inexact ($\delta W$), ce qui signifie que le différence de chaleur inexacte ($\delta Q$) ne peut jamais tre nul. En d'autres termes, il est impossible de convertir l' nergie interne en travail m canique sans subir une perte sous forme de chaleur (le différence de chaleur inexacte ($\delta Q$)).
Une deuxi me cons quence de la deuxi me loi est qu'il devient n cessaire d'introduire une nouvelle variable, qui joue le r le de le volume ($V$) pour le travail efficace ($W$), en tenant compte du fait que le teneur en calories ($Q$) joue le r le de r cepteur de l' nergie non utilis e pour la cr ation de travail. Cette nouvelle variable est appel e a entropie ($S$), et la troisi me loi exige que sa variation ( ERROR:8737) soit toujours positive ou nulle, mais jamais n gative.
Dans un syst me, un sous-syst me peut conna tre une diminution de l'entropie ($\Delta S_{sub}<0$), mais l'ensemble du syst me doit maintenir l'entropie constante ou conna tre une augmentation de l'entropie ($\Delta S_{total}\geq 0$), conform ment la troisi me loi.
La deuxi me loi de la thermodynamique est formul e partir de plusieurs publications [1,2], tablissant que il n'est pas possible de convertir compl tement l' nergie en travail utile. La diff rence entre ces quantit s est li e l' nergie non utilisable le différence de chaleur inexacte ($\delta Q$), qui correspond la chaleur g n r e ou absorb e dans le processus a température absolue ($T$).
Dans le cas de le différentiel de travail inexact ($\delta W$), il existe une relation entre la variable intensive a pression ($p$) et la variable extensive le volume ($V$), exprim e comme suit :
Une variable intensive se caract rise par la d finition de l' tat du syst me sans d pendre de sa taille. En ce sens, a pression ($p$) est une variable intensive, car elle d crit l' tat d'un syst me ind pendamment de sa taille. En revanche, une variable extensive, comme le volume ($V$), augmente avec la taille du syst me.
Dans le cas de le différence de chaleur inexacte ($\delta Q$), une variable extensive suppl mentaire est n cessaire pour compl ter la variable intensive a température absolue ($T$) et d finir la relation comme suit :
Cette nouvelle variable, que nous appellerons a entropie ($S$), est pr sent e ici sous sa forme diff rentielle (a variation d'entropie ($dS$)) et mod lise l'effet selon lequel toute l' nergie le différentiel d'énergie interne ($dU$) ne peut pas tre enti rement convertie en travail utile le différentiel de travail inexact ($\delta W$).
[1] " ber die bewegende Kraft der W rme und die Gesetze, welche sich daraus f r die W rmelehre selbst ableiten lassen" (Sur la force motrice de la chaleur et les lois qui en d coulent pour la th orie de la chaleur elle-m me), Rudolf Clausius, Annalen der Physik, 1850
[2] "On the Dynamical Theory of Heat" (Sur la th orie dynamique de la chaleur), William Thomson (Lord Kelvin), Transactions of the Royal Society of Edinburgh, 1851
La troisi me loi de la thermodynamique [1] stipule qu' mesure que la a température absolue ($T$) d'un syst me approche du z ro absolu, la a entropie dans la limite de température nulle ($S$) d'une substance cristalline parfaite approche une valeur minimale, typiquement z ro. Cela implique qu'il est impossible d'atteindre le z ro absolu par un nombre fini de processus car l'entropie deviendrait constante. Essentiellement, la troisi me loi tablit que l'entropie d'un cristal parfait au z ro absolu est nulle et souligne l'inaccessibilit du z ro absolu en raison de la quantit infinie d' nergie n cessaire pour l'atteindre.
Cette loi a des implications significatives pour comprendre le comportement des mat riaux des temp ratures tr s basses et fournit un point de r f rence fondamental pour calculer les valeurs d'entropie.
[1] " ber die Berechnung chemischer Gleichgewichte aus thermischen Messungen" (Sur le calcul des quilibres chimiques partir de mesures thermiques), Walther Nernst, Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu G ttingen, Mathematisch-Physikalische Klasse, 1906
Le différentiel d'énergie interne ($dU$) est toujours gal la quantit de le différence de chaleur inexacte ($\delta Q$) fournie au syst me (positif) moins la quantit de le différentiel de travail inexact ($\delta W$) r alis e par le syst me (n gatif) :
Le différentiel de travail inexact ($\delta W$) est gal a pression ($p$) multipli par a variation de volume ($\Delta V$)xa0:
Avec la premi re loi de la thermodynamique, cela peut tre exprim en termes de le différentiel d'énergie interne ($dU$), le différence de chaleur inexacte ($\delta Q$), a pression ($p$) et a variation de volume ($\Delta V$) comme suit :
Le différence de chaleur inexacte ($\delta Q$) est gal a température absolue ($T$) fois a variation d'entropie ($dS$)xa0:
La d pendance de le différentiel d'énergie interne ($dU$) sur a pression ($p$) et a variation de volume ($\Delta V$), en plus de a température absolue ($T$) et a variation d'entropie ($dS$) , est donn par :
ID:(1337, 0)
