Thermodynamique.
Transformation de l'énergie

Énergie thermique I de combustion.
Effets de la thermodynamique

Entropie

Deuxième loi de la thermodynamique

Deuxième loi de la thermodynamique

Selon la première loi de la thermodynamique, tout processus qui se produit dans un système donné doit satisfaire au principe de conservation de l'énergie, y compris le flux de chaleur.

Équation: Augmentation de l'entropie moins le travail équivaut à la chaleur

Établit, autrement dit, que tout processus dont le seul but est de créer ou de détruire l'énergie, il est impossible, qui est, nie l'existence d'une machine à mouvement perpétuel de première classe.

Cependant, la première loi nous dit rien sur la direction dans laquelle un processus peut se produire dans un système. Ainsi, dans le contexte de ladite loi, il n'y a pas de limitation pour transformer l'énergie d'une forme à une autre. Par exemple, chauffer au travail ou vice versa. La transformation du travail en chaleur est un processus qui peut se produire pratiquement sans limitation: par exemple par frottement entre deux surfaces, par le passage du courant électrique, etc. Mais l’expérience nous apprend que la première alternative n’est possible que dans des limites très sé vères.

Cette restriction dans la direction dans laquelle un processus peut ou peut ne pas se produire dans la nature se manifeste dans tous les processus spontanés ou naturels. En effet, nous avons observé que tend toujours à développer gaz comprimé, les flux de chaleur du chaud au corps froid, etc., mais jamais observé ces processus se produire spontanément dans la direction opposée. A travers la seconde loi de la thermodynamique, qui constitue la généralisation de ces observations, nous pouvons comprendre ces phénomènes.

Entropie dans le deuxième droit de la thermodynamique

La seconde loi de la thermodynamique exige que, en général, l'entropie totale de tout système ne puisse pas diminuer davantage que par l'augmentation de l'entropie d'un autre système. Par conséquent, dans un système isolé de son environnement, l'entropie de ce système a tendance à ne pas diminuer. Il s'ensuit que la chaleur ne peut pas s'écouler d'un corps plus froid à un corps plus chaud sans l'application de travail (imposition de l'ordre) au corps plus froid.

Deuxièmement, il est impossible pour un appareil fonctionnant en cycle de produire un réseau à partir d’un seul réservoir de température; La production de travail en réseau nécessite un flux de chaleur d'un réservoir plus chaud vers un réservoir plus froid, ou un seul réservoir en expansion soumis à un refroidissement adiabatique, qui effectue un travail adiabatique. En conséquence, il n’ya pas de possibilité de système de mouvement perpétuel.

Il s'ensuit qu'une réduction de l'augmentation de l'entropie dans un processus spécifique, tel qu'une réaction chimique, signifie qu'elle est énergétiquement plus efficace.

De la deuxième loi de la thermodynamique, il s'ensuit que l'entropie d'un système non isolé peut diminuer. Un climatiseur, par exemple, peut refroidir l'air dans une pièce, réduisant ainsi l'entropie de l'air dans ce système. La chaleur expulsée de la pièce (le système), que le climatiseur transporte et évacue dans l'air extérieur, contribue toujours plus à l'entropie de l'environnement que la diminution de l'entropie de l'air de ce système. Selon la seconde loi de la thermodynamique, l’entropie totale de la pièce et l’entropie de l’environnement augmentent donc.

Un autre exemple peut être vu dans une installation d'assainissement solaire à eau chaude. Nous définissons le fluide du circuit comme un système. Au moment où le liquide s'arrête pour le capteur solaire et reçoit le rayonnement solaire, son énergie thermique augmente et, par conséquent, son entropie. Le fluide continue à circuler dans le circuit en passant par les radiateurs et il se refroidit. Une fois refroidi, il réduit son énergie thermique et, par conséquent, son entropie.

En mécanique, la seconde loi associée à la relation thermodynamique fondamentale limite la capacité d'un système à effectuer un travail utile. Le changement d'entropie d'un système à une température T absorbant une quantité infinitésimale de chaleur dQ de manière réversible est donné par dQ / T.

L’applicabilité d’une seconde loi de la thermodynamique est limitée aux systèmes proches ou en état d’équilibre. Dans le même temps, les lois qui régissent les systèmes éloignés de l’équilibre sont encore discutables. L'un des principes directeurs de ces systèmes est le principe de la production d'entropie maximale. Il déclare que les systèmes déséquilibrés évoluent de manière à maximiser leur production d'entropie.

Machines thermiques

L'une des applications les plus importantes de la première loi de la thermodynamique est le cycle de Carnot qui sous-tend le fonctionnement des machines thermiques et, en fait, dans la formulation la plus liée à l'ingénierie de la seconde loi de la thermodynamique.

Définition des machines thermiques

Un moteur ou un moteur thermique dont le but est de fournir en continu travail à l'étranger, se transformant en travail le maximum de chaleur absorbée, est un dispositif par lequel il est fait aller un système de cycle en direction de telle sorte que absorbe de la chaleur tandis que la température il est haut, donne une plus petite quantité à une température inférieure et effectue un travail net à l'extérieur.

Un exemple est dans les capteurs solaires. L'énergie thermique obtenue à partir du rayonnement solaire qui frappe le panneau solaire sera toujours supérieure à l'énergie finalement obtenue du système (énergie électrique, chaleur ou énergie mécanique).

Si l'on imagine un cycle effectué dans le sens inverse d'un moteur, le résultat final sera l'absorption de la chaleur à basse température, l'expulsion de plus grande quantité de température plus élevée, et enfin la réalisation d'un montant net de travail sur le système. C'est le concept le plus simple d'un réfrigérateur et, en fait, il s'agit d'un appareil qui tourne dans cette direction et qui s'appelle un réfrigérateur. Le système constitue un réfrigérant.

Développement et efficacité des machines thermiques

L'ingénieur français N.Sadi Carnot (1796-1832) fut le premier à envisager le fonctionnement des machines thermiques. Il a publié en 1824 son célèbre mémoire « Réflexions sur la puissance motrice de la chaleur et sur les machines de DESA appropriées développer ce pouvoir », où il se consacre à raisonner sur la question générale de la façon de produire un travail mécanique (force motrice), de sources qui produisent chaleur.

Carnot a constaté que le point clé de son étude était de reconnaître qu'une machine thermique nécessite une différence de température pour fonctionner. Autrement dit, lorsque la machine fonctionne entre deux corps et extrait la chaleur de la plus chaude, on obtient une quantité de chaleur plus froide sur le corps afin d'égaliser les températures des deux, qui est de rétablir l'équilibre thermique. C'est le principe de Carnot, mais Carnot n'a jamais démontré la conjecture que l'efficacité d'une telle machine ne dépend que de la température des vaisseaux entre lesquels elle opère.

En ce qui concerne la dépendance des machines à la température, il apparaît à Carnot qu’une machine thermique efficace doit être conçue de telle sorte qu’il n’y ait pas de flux de chaleur inutiles pendant son fonctionnement. Pour ce faire, je pense à un processus cyclique dans lequel seule la source thermique apparaît à partir de laquelle la machine extrait la chaleur à exploiter et la source froide à laquelle la chaleur non utilisable est fournie. Cette opération minimise les pertes de chaleur dues aux différences de température parasites et, de plus, à la fin du cycle Uf = Ui, l'énergie interne de la substance active est la même qu'au début. Par conséquent, le travail net effectué dans le cycle est la chaleur absorbée par le corps chaud moins la chaleur transmise au corps froid.

Le deuxième résultat important qui ressort des idées de Carnot était de démontrer qu'aucune machine fonctionnant entre deux corps à des températures différentes ne peut être plus efficace que la machine conçue par lui à travers:

Théorème de Carnot: « Pas de machine thermique fonctionnant suivant des cycles thermiques entre les deux récipients étant donné, est supérieure à celle d'une machine réversible (Carnot) fonctionnant entre la même efficacité de conteneurs »

Et de plus: "Toutes les machines réversibles (machines Carnot avec différentes substances actives) fonctionnant entre deux cuves thermiques à des températures données, ont la même efficacité."

La manifestation est due à W. Thomson (Lord Kelvin). est en outre le théorème de Planck Kelvin «Tous transformation cyclique dont le seul résultat final est d'absorber la chaleur du corps ou d'une source de chaleur et de le convertir en un tout travail donné la température, il est impossible »

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Dernier examen: 12 avril 2018