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Lois de la thermodynamique
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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)
Mécanismes
Concept
Les lois de la thermodynamique sont des principes fondamentaux qui décrivent comment l'énergie est transférée et transformée dans les systèmes physiques.
La première loi, ou loi de la conservation de l'énergie, stipule que l'énergie ne peut ni être créée ni détruite; elle peut seulement être transférée ou convertie d'une forme à une autre. Cela signifie que l'énergie totale d'un système isolé reste constante.
La deuxième loi établit que dans tout processus naturel, l'entropie totale d'un système isolé ne peut jamais diminuer au fil du temps; elle peut seulement rester constante ou augmenter. Ce principe explique pourquoi certains processus sont irréversibles et pourquoi l'énergie tend à se disperser, conduisant à un plus grand désordre dans le système.
La troisième loi affirme qu'à mesure qu'un système approche du zéro absolu, l'entropie du système approche d'une valeur minimale. Pour une substance parfaitement cristalline au zéro absolu, l'entropie est nulle. Cette loi implique que le zéro absolu ne peut pas être atteint par un nombre fini de processus et établit un point de référence pour la détermination de l'entropie.
Ensemble, ces lois décrivent la conservation et la dispersion de l'énergie, la direction des processus spontanés et les limites pour atteindre le zéro absolu, fournissant ainsi un cadre complet pour comprendre les systèmes thermodynamiques.
ID:(15249, 0)
Loi zéro de la thermodynamique
Description
Il existe une loi zéro de la thermodynamique qui définit l'existence d'une propriété transitive, dans le sens que :• Si les systèmes A et B ont la même température.• Si les systèmes A et C ont la même température.Alors, nécessairement, les systèmes B et C auront la même température.
ID:(10271, 0)
Conservation de l'énergie
Concept
La première loi de la thermodynamique établit que l'énergie est toujours conservée.Alors qu'en mécanique, on observe une conservation similaire, limitée aux systèmes non dissipatifs (par exemple, en excluant le frottement), la thermodynamique généralise cette notion en prenant en compte non seulement le travail mécanique, mais aussi la chaleur générée ou absorbée par le système.Dans ce sens, la conservation de l'énergie telle que postulée en thermodynamique n\'a aucune restriction et s\'applique à tous les systèmes, tant que toutes les échanges et conversions d\'énergie possibles sont prises en compte.
ID:(37, 0)
Première loi de la thermodynamique
Concept
La première loi de la thermodynamique a été développée à travers divers travaux [1,2], établissant que l'énergie se conserve. Cela signifie que le différentiel d'énergie interne ($dU$) est toujours égal à Le différence de chaleur inexacte ($\delta Q$) fourni au système (positif) moins le différentiel de travail inexact ($\delta W$) réalisé par le système (négatif).
Par conséquent, nous avons :
| $ dU = \delta Q - \delta W $ |
Alors que le différentiel exact ne dépend pas de la manière dont la variation est exécutée, le différentiel inexact, lui, en dépend. Lorsque nous nous référons à un différentiel sans préciser qu'il est inexact, il est supposé être exact.
[1] "Über die quantitative und qualitative Bestimmung der Kräfte" (Sur la Détermination Quantitative et Qualitative des Forces), Julius Robert von Mayer, Annalen der Chemie und Pharmacie, 1842 [2] "Über die Erhaltung der Kraft" (Sur la Conservation de la Force), Hermann von Helmholtz, 1847
ID:(15700, 0)
Chaleur et entropie
Concept
La première loi de la thermodynamique stipule que l'énergie est conservée, et en particulier, qu'il existe deux façons de modifier l'énergie interne du système, appelée a énergie interne ($U$). Cela peut être réalisé soit en ajoutant ou en retirant le teneur en calories ($Q$) et en effectuant un travail sur le système ou en permettant au système d'effectuer un travail, représenté par le travail efficace ($W$).
La deuxième loi restreint ces processus en limitant la conversion de a énergie interne ($U$) et de le travail efficace ($W$). En ce sens, elle établit qu'il n'est pas possible que toute l'énergie le différentiel d'énergie interne ($dU$) soit complètement 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 être nul. En d'autres termes, il est impossible de convertir l'énergie interne en travail mécanique sans subir une perte sous forme de chaleur (le différence de chaleur inexacte ($\delta Q$)).
Une deuxième conséquence de la deuxième loi est qu'il devient nécessaire d'introduire une nouvelle variable, qui joue le rôle de le volume ($V$) pour le travail efficace ($W$), en tenant compte du fait que le teneur en calories ($Q$) joue le rôle de récepteur de l'énergie non utilisée pour la création de travail. Cette nouvelle variable est appelée a entropie ($S$), et la troisième loi exige que sa variation ( ERROR:8737) soit toujours positive ou nulle, mais jamais négative.
Dans un système, un sous-système peut connaître une diminution de l'entropie ($\Delta S_{sub}<0$), mais l'ensemble du système doit maintenir l'entropie constante ou connaître une augmentation de l'entropie ($\Delta S_{total}\geq 0$), conformément à la troisième loi.
ID:(11129, 0)
Deuxième loi de la thermodynamique
Concept
La deuxième loi de la thermodynamique est formulée à partir de plusieurs publications [1,2], établissant que il n'est pas possible de convertir complètement l'énergie en travail utile. La différence entre ces quantités est liée à l'énergie non utilisable le différence de chaleur inexacte ($\delta Q$), qui correspond à la chaleur générée ou absorbée 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 ($V$), exprimée comme suit :
| $ \delta W = p dV $ |
Une variable intensive se caractérise par la définition de l'état du système sans dépendre de sa taille. En ce sens, a pression ($p$) est une variable intensive, car elle décrit l'état d'un système indépendamment de sa taille. En revanche, une variable extensive, comme le volume ($V$), augmente avec la taille du système.
Dans le cas de le différence de chaleur inexacte ($\delta Q$), une variable extensive supplémentaire est nécessaire pour compléter la variable intensive a température absolue ($T$) et définir la relation comme suit :
| $ \delta Q = T dS $ |
Cette nouvelle variable, que nous appellerons a entropie ($S$), est présentée ici sous sa forme différentielle (a variation d'entropie ($dS$)) et modélise l'effet selon lequel toute l'énergie le différentiel d'énergie interne ($dU$) ne peut pas être entièrement convertie en travail utile le différentiel de travail inexact ($\delta W$). [1] "Über die bewegende Kraft der Wärme und die Gesetze, welche sich daraus für die Wärmelehre selbst ableiten lassen" (Sur la force motrice de la chaleur et les lois qui en découlent pour la théorie de la chaleur elle-même), Rudolf Clausius, Annalen der Physik, 1850 [2] "On the Dynamical Theory of Heat" (Sur la théorie dynamique de la chaleur), William Thomson (Lord Kelvin), Transactions of the Royal Society of Edinburgh, 1851
ID:(15702, 0)
Troisième loi de la thermodynamique
Description
La troisième loi de la thermodynamique [1] stipule qu'à mesure que la a température absolue ($T$) d'un système approche du zéro absolu, la a entropie dans la limite de température nulle ($S$) d'une substance cristalline parfaite approche une valeur minimale, typiquement zéro. Cela implique qu'il est impossible d'atteindre le zéro absolu par un nombre fini de processus car l'entropie deviendrait constante. Essentiellement, la troisième loi établit que l'entropie d'un cristal parfait au zéro absolu est nulle et souligne l'inaccessibilité du zéro absolu en raison de la quantité infinie d'énergie nécessaire pour l'atteindre.
| $\lim_{T\rightarrow 0}S=0$ |
Cette loi a des implications significatives pour comprendre le comportement des matériaux à des températures très basses et fournit un point de référence fondamental pour calculer les valeurs d'entropie. [1] "Über die Berechnung chemischer Gleichgewichte aus thermischen Messungen" (Sur le calcul des équilibres chimiques à partir de mesures thermiques), Walther Nernst, Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen, Mathematisch-Physikalische Klasse, 1906
ID:(11130, 0)
Lois de la thermodynamique
Modèle
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 ($p$) :
| $ p \equiv\displaystyle\frac{ F }{ S }$ |
et que a variation de volume ($\Delta V$) avec le distance parcourue ($dx$) est gal :
| $ \Delta V = S \Delta s $ |
L' quation pour le différentiel de travail inexact ($\delta W$) peut tre exprim e comme suit :
| $ \Delta W = F \Delta s $ |
Elle peut donc tre crite comme :
| $ \delta W = p dV $ |
(ID 3468)
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 :
| $ dU = \delta Q - \delta W $ |
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 :
| $ \delta W = p dV $ |
Par cons quent, nous pouvons en conclure que :
| $ dU = \delta Q - p dV $ |
(ID 3470)
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 :
| $ dU = \delta Q - p dV $ |
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 :
| $ \delta Q = T dS $ |
nous pouvons en conclure que :
| $ dU = T dS - p dV $ |
(ID 3471)
(ID 9639)
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.
(ID 15249)
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.
(ID 10271)
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.
(ID 37)
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.
(ID 11129)
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 :
| $ \delta W = p dV $ |
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 :
| $ \delta Q = T dS $ |
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
(ID 15702)
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.
| $\lim_{T\rightarrow 0}S=0$ |
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
(ID 11130)
(ID 15308)
ID:(1337, 0)