Deuxième loi de la thermodynamique Article, Signification, Explication
La deuxième loi (ou deuxième principe) de la thermodynamique fut énoncée pour la première fois par Carnot en 1824. Elle fit l'objet de généralisations et de formulations successives (Clapeyron 1834, Clausius 1850, Kelvin, Planck - Histoire de la thermodynamique et de la mécanique statistique) tout au long du XIXe siècle et au-delà .
Elle établit l'irréversibilité de certains phénomènes physiques (en particulier des échanges thermiques) et introduit la notion de sens d'évolution en physique.
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2 Formulation du second principe 3 Applications 4 Divers (Ã ranger) 5 Bibliographie |
Travail et chaleur sont énergétiquement équivalents d'après le premier principe (qui nous dit que l'énergie se conserve). Néanmoins, ce principe a lui seul n'est pas suffisant car il permet d'imaginer des dispositifs qui vérifient le premier principe, mais impossibles à réaliser en pratique. Par exemple on ne peut pas espérer fabriquer un jour un bateau qui utiliserait pour avancer l'énergie contenue dans l'eau de mer, sous forme d'énergie thermique, laissant derrière lui un sillage de glace. Pourtant le bilan énergétique (premier principe) ne serait pas mis en défaut... il suffit de récupérer l'énergie thermique contenue dans l'eau de mer, de la transformer (par un moyen quelconque) en travail et le bateau avancerait !! Pourtant c'est impossible... Ainsi, certaines transformations que permettrait le premier principe - qui conservent donc l'énergie - ne se produisent jamais parce que le second principe les interdit. Par exemple, si deux corps sont amenés au contact thermique, ce n'est jamais le corps le plus froid qui cède de la chaleur au corps le plus chaud ; c'est toujours l'inverse dans les transformations réellement observées. Il est donc nécessaire d'introduire la notion d'évolution, c'est ce que réalise le second principe grâce au concept d'entropie.
Une transformation réversible représente le cas limite d'une transformation réelle, conduite d'une manière infiniment lente, constituée d'une suite d'états infiniment voisins d'états d'équilibre, caractérisée par des phénomènes dissipatifs négilgeables. On peut recenser plusieurs causes d'irréversibilité (liste non exhaustive) :
Enoncé de Kelvin-Planck
Enoncé de Clausius
Ces formulations ont été trouvée de façon indépendantes : leurs équivalence n'a été démontrée qu'à posteriori.
Boltzmann a montré la nature macroscopique du second principe, un aspect qui a révolutionné la physique, mettant fin aux espoirs de Laplace d'un déterminisme intégral.
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Formulation du second principe
Notion de réversibilité
Une transformation quasistatique susceptible d'être inversée à la suite d'une modification progressive des contraintes extérieures, en permettant au système de retrouver les états antérieurs successifs, est appelée transformation réversible. En fait cela revient à passer le film de la transformation à l'envers ! Si ce film paraît ridicule c'est que ce n'est pas réversible.Enoncé
On postule, pour tout système, l'existence d'une fonction d'état extensive S appelée entropie. La variation d'entropie, lors d'une transformation quelconque, s'écrit comme la somme d'un terme d'échange et d'un terme de créationPremières conséquences
Autres formulations
Ces énoncés sont équivalent à la formulation ci-dessus.
Le moteur cyclique monotherme n'existe pas.
Il n'existe pas de processus physique dont le seul résultat soit le transfert de chaleur d'un corps froid vers un corps chaud.Applications
Divers (Ã ranger)
Bibliographie