Qu'est-ce que la thermodynamique :
La thermodynamique est la branche de la physique qui étudie la relation entre la chaleur, la force appliquée (également appelée travail) et le transfert d'énergie.
Le mot thermodynamique vient des racines grecques - (thermo-) qui signifie "chaleur", et δυναμικός (dynamikos), qui à son tour découle de (danamis), qui signifie « force » ou « puissance ».
Les processus thermodynamiques sont déterminés par trois lois fondamentales.
- La première loi permet de comprendre comment l'énergie est conservée.
- La deuxième loi permet de connaître les conditions nécessaires pour que le transfert d'énergie se produise.
- La troisième loi sert à connaître le comportement des systèmes en équilibre.
La compréhension des processus thermodynamiques est importante dans des domaines tels que l'ingénierie industrielle où de grandes quantités d'énergie doivent être utilisées pour faire fonctionner plusieurs machines.
Les lois de la thermodynamique permettent également de comprendre le fonctionnement des systèmes dans des domaines tels que la biochimie, la cosmologie et la génétique.
Lois de la thermodynamique
Il existe trois lois en thermodynamique qui expliquent comment la chaleur et l'énergie fonctionnent et sont transmises. Nous allons les expliquer en détail ci-dessous.
Première loi de la thermodynamique
La première loi traite de la conservation de l'énergie : l'énergie n'est ni créée ni détruite, elle est seulement transformée. Par exemple:
- L'énergie solaire est transformée en énergie électrique pour une station-service.
- Cette énergie électrique peut être utilisée pour charger la batterie de la voiture électrique.
- La voiture électrique est capable de convertir l'énergie accumulée en déplacement.
L'énergie est donc toujours en mouvement.
La formule simplifiée serait la suivante :
Deuxième loi de la thermodynamique
La deuxième loi de la thermodynamique permet de déterminer deux choses :
- La direction dans laquelle le transfert d'énergie se produit.
- Les conditions nécessaires à l'inversion du processus.
De là, nous apprenons qu'il existe des processus réversibles et irréversibles.
Par exemple, le sel de table se mélange spontanément à l'eau par un processus appelé dilution. Ce processus libère de la chaleur.
Afin d'inverser ce processus et de reformer des cristaux de sel, de la chaleur doit être appliquée, ce qui permet à l'eau de s'évaporer et de la séparer du sel. Le système absorbe la chaleur.
La formule simplifiée serait la suivante :
Troisième loi de la thermodynamique
La troisième loi de la thermodynamique combine les deux lois précédentes et les applique aux systèmes en équilibre absolu. Dans cet état, il y a un minimum d'échange d'énergie et un maximum de désordre (ou d'entropie).
La troisième loi s'applique aux systèmes fermés. Ces types de systèmes ne sont visibles qu'en physique théorique et en chimie.
La formule simplifiée serait la suivante :
Types de systèmes en thermodynamique
Pour comprendre les lois de la thermodynamique, il est d'abord important de connaître les types de systèmes qui existent et leur comportement.
Tout autour de nous est constitué de systèmes et la plupart des systèmes que nous connaissons échangent de l'énergie. Les systèmes sont classés en trois types : ouverts, fermés et isolés.
- Systèmes ouverts : ils échangent de l'énergie et de la matière avec l'extérieur (par exemple, un feu de joie).
- Systèmes fermés : ils n'échangent de l'énergie qu'avec l'extérieur (par exemple, un téléphone portable).
- Systèmes isolés : Ils n'échangent ni matière ni énergie (ils ne sont que théoriques).
Alors que les première et deuxième lois de la thermodynamique s'appliquent aux systèmes ouverts et fermés, la troisième loi s'applique aux systèmes isolés.
État d'un système
Il existe deux états fondamentaux dans lesquels les systèmes (quel que soit leur type) peuvent être trouvés.
- Systèmes actifs: s'il y a échange d'énergie, le système est dit actif.
- Systèmes au repos ou à l'équilibre : s'il n'y a pas d'échange d'énergie, le système est considéré comme au repos ou en équilibre.
Chaleur et transfert de chaleur en thermodynamique
Selon la physique, la chaleur est le flux d'énergie qui existe lorsque deux systèmes de températures différentes entrent en contact. L'équilibre thermique est atteint lorsque tous les systèmes impliqués atteignent la même température.
Dans les systèmes thermodynamiques, si deux d'entre eux sont en équilibre avec un troisième système, ils sont également en équilibre l'un avec l'autre. Par conséquent, en atteignant l'équilibre, la température est une constante.
