Menu

Thermodynamique.
Transformation de l'énergie

Énergie thermique I de combustion.
Effets de la thermodynamique

Entropie

Histoire de la thermodynamique

Histoire de la thermodynamique

La thermodynamique est la branche de la physique classique qui étudie et décrit les transformations thermodynamiques induites par la chaleur et le travail dans un système thermodynamique, à la suite de processus impliquant des changements de variables de température et d'état d'énergie.

L'histoire de la thermodynamique est une étape fondamentale de l'histoire de la physique, de la chimie et de l'histoire de la science en général. En raison de la pertinence de la thermodynamique dans de nombreux domaines de la science et de la technologie, l'histoire de la thermodynamique a été subtile avec le développement de la mécanique classique, de la mécanique quantique, du magnétisme et de la science de la vitesse chimique. dans des domaines pratiques plus éloignés tels que la météorologie, la théorie de l'information et la biologie (physiologie), et la machine à vapeur, les machines à combustion interne. Il est également lié aux avancées technologiques telles que la production de cryogène et d'électricité.

Le développement de la thermodynamique a continué et a continué avec la théorie atomique. En outre, avec une approche ingénieuse, il a mobilisé de nouvelles orientations en matière de probabilités et de statistiques; Voir, par exemple, la chronologie de la thermodynamique.

Thermodynamique depuis l'Antiquité

Les anciens considéraient la chaleur comme quelque chose de lié au feu. Les anciens Égyptiens considéraient que la chaleur était liée à des origines mythologiques. Dans la tradition philosophique occidentale, Empedocles a proposé une théorie à quatre éléments, dans laquelle toutes les substances proviennent de la terre, de l'eau, de l'air et du feu. Autour de 500 a. C., le philosophe grec Heraclitus a fait valoir que les trois éléments principaux de la nature étaient le feu, la terre et l'eau.

À l'époque moderne, la chaleur était considérée comme la mesure d'un fluide invisible, appelé calorique. Les corps ont pu contenir une certaine quantité de ce fluide, ce qui a conduit à l'expression capacité de chaleur.

Aux XVIIIe et XIXe siècles, les scientifiques ont abandonné l'idée d'un calorique physique pour comprendre la chaleur comme une manifestation de l'énergie interne d'un système. Aujourd'hui, la chaleur est le transfert d' énergie thermique en désordre.

L'atomisme est un élément central de la relation actuelle entre thermodynamique et mécanique statistique. Des penseurs anciens tels que Leucippe et Démocrite, et plus tard les Épicuriens, à mesure que l'atomisme progressait, ont jeté les bases de la théorie atomique ultérieure. Jusqu'à ce que des essais expérimentaux sur les atomes soient fournis plus tard au XXe siècle, la théorie de l'atome reposait largement sur des considérations philosophiques et une intuition scientifique.

Le philosophe grec Parménide du Ve siècle avant notre ère utilise un raisonnement verbal pour postuler qu'un vide, essentiellement ce que l'on appelle maintenant un vide, dans la nature, ne pourrait pas se produire. Cette opinion a été soutenue par les arguments d'Aristote, mais a été critiquée par Leucipo et Hero of Alexandria. De l'Antiquité au Moyen Âge, plusieurs arguments ont été présentés pour prouver ou désapprouver l'existence d'un vide et plusieurs tentatives ont été faites pour créer un vide, mais toutes ont été infructueuses.

Les scientifiques européens Cornelius Drebbel, Robert Fludd, Galileo Galilei et Santorio Santorio ont pu mesurer le "froid" ou la "chaleur" relative de l'air au moyen d'un thermomètre à air rudimentaire.

En 1643, Galileo Galilei pensait que l'aversion pour le vide dans la nature était limitée. Les pompes opérant dans les mines avaient déjà montré que la nature ne remplirait le vide qu'avec une eau d'une hauteur d'environ 30 pieds. Connaissant ce fait curieux, Galileo a encouragé son ancien élève, l'évangéliste Torricelli, à enquêter sur ces prétendues limitations.

Théorie atomique

La théorie atomique est une théorie physique qui suppose que tout dans le monde se compose des plus petites particules: des atomes, reliés entre eux par des forces nucléaires et électriques. Au vingtième siècle, il a été démontré en pratique qu'un atome peut être divisé en particules subatomiques encore plus petites.

La thermodynamique comme science

Le physicien et chimiste irlandais Robert Boyle a construit une pompe à air en 1656, en coordination avec le scientifique anglais Robert Hooke. Lors de l'utilisation de cette pompe, Boyle et Hooke ont remarqué la corrélation pression-volume: PV = constant. À cette époque, l'air était censé être un système de particules immobiles et n'était pas interprété comme un système de molécules en mouvement.

Le concept de mouvement thermique est apparu deux siècles plus tard. Plus tard, après l'invention du thermomètre, la température de propriété pourrait être quantifiée. Cet outil a permis à Gay-Lussac de rédiger sa loi, qui a conduit peu après à la loi des gaz parfaits. Cependant, déjà avant l'instauration de la loi des gaz parfaits, Denis Papin, associé de Boyle, construisit en 1679 un digesteur d'os, qui était un récipient fermé avec un couvercle hermétique qui confinait la vapeur jusqu'à ce que la haute pression soit générée.

Machine à vapeur

Les derniers modèles ont mis en place une vanne de décharge de vapeur pour empêcher la machine d'exploser. En observant le mouvement de la soupape de haut en bas, Papin a conçu l'idée d'un moteur à pistons et cylindres, d'un moteur alternatif.

Cependant, en 1697, l'ingénieur Thomas Savery construisit le premier moteur à vapeur sur le modèle de Papin. Bien que crus et inefficaces, ces premiers moteurs ont attiré l'attention des plus grands scientifiques de l'époque. Un de ces scientifiques était Sadi Carnot, le père de la thermodynamique, qui, en 1824, publia Réflexions sur la force motrice du feu, un discours sur la chaleur, la puissance et l'efficacité motrice. Cela marque le début de la thermodynamique en tant que science moderne.

Dans les années suivantes, plus de variantes de moteurs à vapeur ont été construites, telles que le moteur Newcomen et, plus tard, le moteur Watt. Avec le temps, ces premiers moteurs finiraient par être utilisés à la place des chevaux. Par conséquent, chaque moteur a commencé à s'associer à une certaine "puissance" en fonction du nombre de chevaux qu'il avait remplacés. Le principal problème de ces premiers moteurs était qu'ils étaient lents et maladroits, transformant moins de 2% des combustibles fossiles, généralement du charbon, en travaux utiles. D'où la nécessité d'une nouvelle science de la dynamique motrice.

Historique de l'évolution de la thermodynamique jusqu'à présent

L'histoire de la thermodynamique marque ses débuts en 1824. C'est Sadi Carnot, en 1824, le premier à démontrer que le travail d'échange de chaleur entre deux sources peut être obtenu à des températures différentes. À travers le théorème de Carnot et la machine idéale de Carnot (basée sur le cycle Carnot), il quantifie ce travail et introduit le concept d'efficacité thermodynamique.

En 1848, Lord Kelvin, utilisant la machine Carnot, introduit le concept de température thermodynamique effective et est responsable de l'énoncé du deuxième principe de la thermodynamique.

En 1850, James Prescott Joule a démontré l'égalité des deux formes d'énergie (on croyait alors que le liquide calorique existait toujours).

Ayant atteint cet objectif, le problème se posa que, s'il avait été possible d'obtenir la chaleur totale du travail, il n'aurait pas été possible d'obtenir l'inverse. Ce résultat a également attiré Clausius qui, en 1855, présente son inégalité pour reconnaître les processus réversibles de l'irréversible et de l'état de la fonction d'entropie.

En 1876, Willard Gibbs publie le traité "Sur le reste des substances hétérogènes" (Montant du solde des substances hétérogènes) qui montre comment un processus thermodynamique peut être représenté graphiquement et comment étudier l'énergie, l'entropie, le volume, la température et la température. La pression pourrait prévoir l'éventuelle spontanéité du processus considéré.

Le cas de la thermodynamique est emblématique dans l'histoire et dans l'épistémologie de la science: c'est un de ces cas où la pratique a été pionnière de la théorie elle-même: le premier est conçu pour la machine à vapeur, puis son fonctionnement théorique a été systématisé à travers ses principes de base.

Relation thermodynamique avec énergie solaire

L'histoire de la thermodynamique a un rôle fondamental dans le domaine de l'énergie solaire et plus particulièrement dans celui de l'énergie solaire thermique. L'utilisation du rayonnement solaire pour obtenir de la chaleur a commencé à être utilisée dans les temps anciens. Les cultures primitives l'utilisaient sans s'en rendre compte.

Plus tard, différentes civilisations ont développé leur architecture pour tirer parti de la chaleur solaire de manière efficace, comme le décrit l'histoire de l'énergie solaire. C'est ce qu'on appelle maintenant l'énergie solaire passive.

Vers 1767, Horace Bénédict De Saussure avait inventé le capteur solaire. Ce nouveau capteur solaire a eu un impact décisif sur l'histoire de l'énergie solaire et sur le développement de l'énergie solaire thermique à basse température. Le capteur solaire tire parti de la physique thermodynamique pour effectuer des transferts de chaleur et des transformations thermodynamiques.

De cette manière, les lois de la thermodynamique ont commencé à jouer un rôle fondamental dans le développement des énergies renouvelables, en particulier de l'énergie solaire.

valoración: 3 - votos 1

Dernier examen: 10 octobre 2019