La thermodynamique classique repouse thermodynamique repose sur ces 4 principes ou lois. Les formulations les plus importantes sont:
La loi zéro de la thermodynamique stipule que «si deux systèmes thermodynamiques qui sont en équilibre thermique avec un troisième, ils sont également en équilibre l'un avec l'autre».
La première loi de la thermodynamique ou loi de conservation de l'énergie. Ce principe stipule que "l'énergie totale d'un système isolé n'est ni créée ni détruite, elle reste constante".
La deuxième loi de la thermodynamique stipule que la quantité d'entropie dans l'univers a tendance à augmenter. De cette loi, on déduit qu'il n'y a pas d'efficacité à 100% d'un moteur thermique selon Sadi Carnot. On constate également que tous les processus thermodynamiques ne sont pas réversibles.
La troisième loi de la thermodynamique stipule qu'il est impossible d'atteindre une température égale au zéro absolu (0 kelvin).
La thermodynamique définit la chaleur comme un transfert d'énergie désordonnée d'un système vers le milieu extérieur.
Loi zéro de la thermodynamique
Ce principe zéro est appelé équilibre thermodynamique. Si deux systèmes A et B sont en équilibre thermodynamique, et B est en équilibre thermodynamique avec un troisième système C, alors A et C sont à leur tour en équilibre thermodynamique.
Ce principe est fondamental. Le principe 0 n'a été formellement formulé qu'après l'énoncé des trois autres lois. Par conséquent, il reçoit la position 0.
Qu'est-ce que cela signifie qu'un processus est en équilibre thermodynamique?
L'équilibre thermodynamique d'un système thermodynamique est défini comme l'état du système dans lequel les variables empiriques utilisées pour définir un état du système ont atteint un point d'équilibre. Étant en équilibre, ils ne varient pas dans le temps.
Ces variables empiriques (expérimentales) d'un système sont appelées coordonnées thermodynamiques du système. Parmi d'autres variables empiriques, nous avons: la pression, le volume, le champ électrique, la polarisation, la magnétisation, la tension linéaire, la tension superficielle, etc.
Première loi de la thermodynamique
C'est le principe de conservation de l'énergie : "L'énergie totale d'un système isolé n'est ni créée ni détruite, elle reste constante."
Vous pouvez passer d'une forme d'énergie à une autre, mais l'énergie ne se crée ni ne disparaît. Par exemple, dans les machines à vapeur, l'énergie thermique peut être convertie en énergie mécanique.
La première loi de la thermodynamique est également connue sous le nom de loi de conservation de l'énergie. Cette loi thermodynamique stipule que si des travaux sont effectués sur un système ou s'il échange de la chaleur avec un autre, l'énergie interne du système changera.
Vue d'une autre manière, cette loi permet de définir la chaleur comme la quantité d'énergie nécessaire que le système doit échanger pour compenser les différences entre le travail et l'énergie interne. Il a été proposé par Antoine Lavoisier.
Les notions de chaud et de froid ont parcouru les âges mais ce n'est véritablement qu'à partir du XVIIIe siècle que la notion de chaleur entre dans le domaine des sciences dans ce loi.
Deuxième loi de la thermodynamique
La deuxième loi de la thermodynamique régit la direction dans laquelle les processus thermodynamiques doivent être effectués et, par conséquent, l'impossibilité qu'ils se produisent dans la direction opposée. Par exemple, le transfert de chaleur peut se produire d'un corps chaud vers un corps froid, mais pas l'inverse.
On l'appelle aussi principe d'évolution des systèmes.
Elle établit également, dans certains cas, l'impossibilité de convertir complètement toute l'énergie d'un type à un autre sans pertes. Par exemple, dans une machine thermique, la quantité de chaleur fournie est convertie en travail mécanique. Cependant, dans une vrai moteur, une partie de la chaleur fournie est perdue.
Cette loi permet de définir l'entropie, une fonction d'état. La variation de la quantité d'entropie d'un système thermodynamique isolé doit toujours être supérieure ou égale à zéro et n'est égale à zéro que si le processus est réversible.
Troisième loi de la thermodynamique
La troisième des lois de la thermodynamique stipule qu'il est impossible d'atteindre une température égale au zéro absolu par un nombre fini de processus physiques. Le zéro absolu est égal à 0 kelvin, soit -273 degrés Celsius.
L'un des grands succès de la thermodynamique classique au XIXe siècle est d'avoir donné une définition de la température absolue d'un corps.
Lorsque la température approche le zéro absolu, l'entropie de tout système s'approche de zéro.
Le troisième principe de la thermodynamique peut également être énoncé comme suit: lorsqu'un système donné s'approche du zéro absolu, son entropie tend vers une valeur constante spécifique.
