La thermodynamique est la branche de la physique qui étudie les effets des changements de température, de pression et de volume d'un système physique à un niveau macroscopique. Ces systèmes peuvent être n'importe quel matériau, liquide, ensemble de corps, etc.
L'importance pratique réside dans la diversité des phénomènes physiques qu'elle décrit. Par conséquent, la connaissance de cette diversité a conduit à une énorme productivité technologique.
Selon la définition de la thermodynamique, cette science n'étudie pas le comportement de chaque particule mais plutôt le comportement global de toutes ces particules. Cependant, la thermodynamique dans la physique statistique utilise les propriétés moléculaires pour prédire le comportement des composés macroscopiques.
Qu'étudie la thermodynamique ?
La thermodynamique est l'étude des interactions entre différents systèmes et de leur classification.
Un système thermodynamique classique est caractérisé par ses propriétés, liées entre elles par des équations d'état. Ceux-ci peuvent être combinés pour exprimer l'énergie interne et les potentiels thermodynamiques, utiles pour déterminer les conditions d'équilibre entre les systèmes, les processus spontanés et l'échange d'énergie avec leur environnement.
Les principaux éléments dont nous disposons pour cette étude sont :
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Les lois de la thermodynamique.
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L'entropie d'un système. Il définit le désordre dans lequel se déplacent les particules internes qui font bouger la matière.
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L'enthalpie est une propriété extensive qui peut être dérivée de l’énergie interne en ajoutant le produit de la pression et du volume (propriétés intensives) comme terme.
Quelles sont les lois de la thermodynamique ?
Les principes de la thermodynamique ont été énoncés au cours du XIXe siècle, qui réglemente les transformations thermodynamiques, leur déroulement et leurs limites.
0. Principe zéro de la thermodynamique
La loi zéro stipule que lorsque deux systèmes en interaction sont en équilibre thermique, ils partagent certaines propriétés, qui peuvent être mesurées en leur donnant une valeur numérique précise. Par conséquent, lorsque deux systèmes sont en équilibre thermique avec un troisième, ils sont en équilibre et la propriété commune est la température.
1. Première loi thermodynamique
La première loi stipule que lorsque deux corps à des températures différentes sont en contact, la chaleur est transférée à un état d'équilibre. Dans ce nouvel état, les températures des deux corps sont égales.
Cette loi est liée à la loi de conservation de l'énergie qui dit que l'énergie n'est ni créée ni détruite ; ça se transforme juste. De cette manière, es
2. Deuxième loi thermodynamique
La deuxième loi stipule que le transfert d'énergie thermique va toujours du corps chaud au corps froid.
Selon le seconde principe, il est est impossible de faire une machine thermique cyclique qui a pour seul résultat de transférer la chaleur d'un corps froid à un corps chaud..
3. Troisième loi de la thermodynamique
Le troisième principe est étroitement lié au dernier et, dans certains cas, est considéré comme une conséquence du dernier. En ce sens, on peut affirmer qu'« il est impossible d'atteindre le zéro absolu avec un nombre fini de transformations » et donne une définition précise de la quantité appelée entropie.
De plus, la troisième loi de la thermodynamique stipule également que l'entropie d'un solide parfaitement cristallin à la température de 0 kelvin est égale à 0.
Qu'est-ce qu'un système thermodynamique ?
Un système thermodynamique fait référence à une zone limitée utilisée pour la recherche thermodynamique et constitue le sujet de recherche. L'espace extérieur du système thermodynamique est appelé l'environnement de ce système.
La limite du système sépare le système de son milieu extérieur. Cette limite peut être réelle ou imaginaire, mais le système doit être limité à un espace limité. Le système et son environnement peuvent transférer de la matière, du travail, de la chaleur ou d'autres formes d'énergie à la limite.
Qu'est-ce qu'un cycle thermodynamique ?
Un cycle thermodynamique est un circuit de transformations thermodynamiques. Ils sont réalisés dans un ou plusieurs dispositifs destinés à obtenir un travail de deux sources de chaleur à des températures différentes ou, à l'inverse, à produire par apport de travail le passage de la chaleur de la source de température inférieure à température supérieure.
Le paramètre principal de ces cycles est la performance. L'efficacité thermique est définie comme le travail obtenu divisé par la chaleur dépensée dans le processus.
A quoi sert la thermodynamique ? Exemples
La thermodynamique peut être appliquée à divers sujets scientifiques et techniques, tels que les moteurs, les transitions de phase, les réactions chimiques, les phénomènes de transport et même les trous noirs.
Voici quelques exemples de certaines de ses applications :
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Dans la cuisson des aliments.
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Les machines à vapeur fonctionnent avec le changement de l’énergie de la forme de chaleur à un travail mécanique.
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Dans l'industrie automobile, la plupart des moteurs sont des moteurs thermiques .
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En science des matériaux pour obtenir de nouveaux matériaux aux propriétés chimiques et physiques bien définies. moteurs thermiques
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Utilisations industrielles pour transformer les matières premières en produits finis en utilisant des machines et de l'énergie.
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Dans la conception architecturale, les transferts thermiques entre l'extérieur et l'intérieur de la maison sont pris en compte, notamment dans l'architecture bioclimatique et l'énergie solaire passive.
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Production d'électricité dans les centrales thermiques où les processus thermodynamiques permettent de convertir la chaleur en électricité.
