• Saturday May 30,2020

Lois de la thermodynamique

Nous vous expliquons quelles sont les lois de la thermodynamique, quelle est l'origine de ces principes et les principales caractéristiques de chacun.

Les lois de la thermodynamique permettent de comprendre les lois physiques de l'univers.
  1. Quelles sont les lois de la thermodynamique?

Lorsque nous parlons des lois de la thermodynamique ou des principes de la thermodynamique, nous nous référons aux formulations les plus élémentaires de cette branche de la physique, intéressées comme son nom l'indique (du grec thermos, "calor", et dynamos, "puissance", "force") dans la dynamique de la chaleur et d'autres formes d'énergie connue.

Ces lois ou principes de la thermodynamique constituent un ensemble de formules et d’équations décrivant le comportement de systèmes dits thermodynamiques, c’est-à-dire une partie de l’univers théoriquement isolée. son étude et sa compréhension, en utilisant ses grandeurs physiques fondamentales: température, énergie et entropie.

Il existe quatre lois de la thermodynamique, énumérées de zéro à trois, qui permettent de comprendre les lois physiques de l'univers, ainsi que l'impossibilité de certains phénomènes tels que celui du mouvement perpétuel.

Voir aussi: Principe de conservation de l'énergie.

  1. Origine des lois de la thermodynamique

Les quatre principes de la thermodynamique ont des origines différentes, et certains ont été formulés à partir des précédents . En fait, le premier à être créé fut le second, l'œuvre du physicien et ingénieur français Nicol Lics Licolson Sadi Carnot en 1824.

Cependant, en 1860, Rudolf Clausius et William Thompson formuleraient à nouveau ce principe, ajoutant ensuite ce que nous appelons maintenant la première loi de la thermodynamique. Plus tard, le troisième, plus moderne, paraîtra, grâce aux études de Walther Nernst entre 1906 et 1912, ce qui explique pourquoi il est connu sous le nom de postulat de Nernst.

Enfin, l’appel «zéro zéro» paraîtra en 1930, proposé par Guggenheim et Fowler. Il faut dire que ce n’est pas dans tous les domaines reconnu comme une véritable loi.

  1. Première loi de la thermodynamique

L'énergie ne peut être créée ou détruite, mais transformée.

Le titre de cette loi est "Loi sur la conservation de l'énergie", car il stipule que, dans tout système physique isolé de son environnement, la quantité totale d'énergie sera toujours la même, même si elle peut être transformée en une forme d'énergie. à différents. Ou en d'autres termes: "L'énergie ne peut être créée ou détruite, mais transformée."

Ainsi, en fournissant une certaine quantité de chaleur (Q) à un système physique, sa quantité totale d'énergie peut être calculée en recherchant la différence d'augmentation de son énergie interne (ΔU) plus le travail (W) effectué par le système sur son environs. Ou exprimée dans une formule: Q = ΔU + W, ou aussi: ΔU = Q - W, ce qui signifie que la différence entre l'énergie du système et le travail effectué sera toujours détachée du système sous forme d'énergie thermique (chaleur).

Pour illustrer cette loi, imaginons le moteur d’un avion . C'est un système thermodynamique dans lequel le carburant pénètre dans lequel, réagissant avec l'oxygène de l'air et l'étincelle produite par la combustion, dégage une quantité importante de chaleur et de travail. Ce dernier est précisément le mouvement qui pousse l'avion en avant. Donc: si nous pouvions mesurer la quantité de carburant consommée, la quantité de travail (mouvement) et la quantité de chaleur libérée, nous pourrions calculer l'énergie totale du système et conclure que l'énergie dans le moteur restait constante pendant le vol: elle n'était pas créée ni l'énergie n'a été détruite, mais l'énergie chimique a été transformée en énergie calorique et en énergie cinétique (le mouvement, c'est-à-dire le travail).

  1. Deuxième loi de la thermodynamique

Avec suffisamment de temps, tous les systèmes finiront par avoir tendance à se déséquilibrer.

Ce deuxième principe, parfois appelé loi de l'entropie, peut être résumé en ce sens que «la quantité d'entropie dans l'univers a tendance à augmenter avec le temps» . Cela signifie que le degré de désordre des systèmes augmente une fois qu'ils ont atteint le point d'équilibre. Par conséquent, avec suffisamment de temps, tous les systèmes finiront par avoir tendance à déséquilibrer.

Cette loi explique l’irréversibilité des phénomènes physiques, c’est-à-dire le fait qu’une fois le papier brûlé, il ne peut plus revenir à sa forme originale . De plus, il introduit la fonction d'état d'entropie (représentée par S), qui dans le cas des systèmes physiques représente le degré de désordre, c'est-à-dire sa perte inévitable. de l'énergie. Par conséquent, l'entropie est liée au degré d'énergie non utilisable par un système, qui est perdu pour l'environnement. Surtout s'il s'agit d'un passage d'un état d'équilibre A à un état d'équilibre B: ce dernier aura un degré d'entropie plus élevé que le premier.

La formulation de cette loi établit que le changement d'entropie (dS) sera toujours égal ou supérieur au transfert de chaleur (Q), divisé par la température (T) du système. C'est-à-dire que dS Q / T.

Et pour comprendre cela avec un exemple, il suffit de brûler une certaine quantité de matière, puis de rassembler les cendres résultantes. En les pesant, nous vérifierons qu'il s'agit de moins de matière que dans son état initial. Pourquoi Parce qu'une partie de la matière est devenue des gaz irrécupérables qui ont tendance à se disperser et à désordre, c'est-à-dire qui sont perdus au cours du processus. C'est pourquoi cette réaction ne peut pas être inversée.

  1. Troisième loi de la thermodynamique

Lorsque le zéro absolu est atteint, les processus des systèmes physiques s’arrêtent.

Ce principe concerne la température et le refroidissement, affirmant que l'entropie d'un système amené à zéro absolu sera une constante définie . En d'autres termes:

  • Lorsque le zéro absolu (0 K) est atteint, les processus des systèmes physiques s’arrêtent.
  • Lorsque le zéro absolu est atteint (0 K), l'entropie aura une valeur minimale constante.

Il est difficile d'atteindre le soi-disant zéro absolu chaque jour (-273, 15 ° C), comme pour donner un exemple simple de cette loi. Mais nous pouvons l'assimiler à ce qui se passe dans notre congélateur: les aliments que nous y déposons refroidiront tellement et à des températures si basses qu'ils ralentiront voire arrêteront les processus biochimiques à l'intérieur. C'est la raison pour laquelle sa décomposition est retardée et dure beaucoup plus longtemps pour sa consommation.

  1. Loi cero de la thermodynamique

La "loi zéro" s'exprime logiquement comme suit: si A = C et B = C, alors A = B.

Le «zéro zéro» est connu sous ce nom car bien que le dernier à avoir été lancé, il établit des préceptes de base et fondamentaux concernant les trois autres . Mais en réalité, son nom est Law of Thermal Balance. Ce principe dicte que: Si deux systèmes sont en équilibre thermique indépendamment avec un troisième système, ils doivent également être en équilibre thermique entre eux. C'est quelque chose qui peut être exprimé logiquement comme suit: si A = C et B = C, alors A = B.

En termes simples, cette loi nous permet d’établir le principe de la température, sur la base de la comparaison de l’énergie thermique de deux corps différents: s’ils sont en équilibre thermique entre Oui, alors ils auront nécessairement la même température. Et, par conséquent, si les deux sont en équilibre thermique avec un troisième système, ils seront également l'un avec l'autre.

Il est facile de trouver des exemples quotidiens de cette loi. Lorsque nous entrons dans l'eau froide ou chaude, nous ne remarquerons la différence de température que pendant un moment, car notre corps entrera alors en équilibre thermique avec l'eau et nous ne remarquerons plus la différence. Cela se produit également lorsque nous entrons dans une pièce chaude ou froide: nous noterons la température dans un premier temps, puis nous cesserons de percevoir la différence car nous entrerons en équilibre thermique avec elle.


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