L'évolution de certaines grandeurs ou propriétés par rapport à un certain système thermodynamique est appelée un processus thermodynamique. Ces propriétés sont appelées propriétés thermodynamiques.
Afin d'étudier un processus thermodynamique, il est nécessaire que le système soit en équilibre thermodynamique au point initial et final du processus. C'est-à-dire que les grandeurs qui subissent une variation en passant d'un état à un autre doivent être complètement définies dans leurs états initial et final. Un système thermodynamique est en principe dans un état d’équilibre thermodynamique lorsque les principales variables du système restent inchangées. Autrement dit, la pression, le volume et la température ne restent pas constants dans le temps.
Un processus thermodynamique peut également être vu comme les changements d'un système, des conditions initiales à d'autres conditions finales.
Un processus thermodynamique peut être réversible ou irréversible . Toutes les transformations réelles sont irréversibles, puisque les frictions ne peuvent être complètement éliminées, la condition de réversibilité n'est donc qu'une approximation théorique.
La théorie des processus thermiques est appliquée à la conception de moteurs, d'unités de réfrigération, à l'industrie chimique et à la météorologie.
Types de processus thermodynamiques
Les principaux processus thermodynamiques sont les suivants :
- Processus isobare : se déroule à pression constante. En d’autres termes, le système est connecté dynamiquement, avec une frontière mobile, à un réservoir à pression constante. Lorsqu'un gaz parfait évolue de manière isobare de l'état A à l'état B, la température et le volume associés suivent la loi de Charles.
- Processus isochore : le volume reste constant. Par conséquent, si le système est à volume constant, le travail effectué par le système sera nul. Cela implique que le processus n’effectue pas de travail pression-volume. Il s’ensuit que toute énergie thermique transférée au système de l’extérieur est absorbée par celui-ci sous forme d’énergie interne.
- Processus isotherme (ou processus isotherme) : se déroule à température constante. En d’autres termes, le système est thermiquement relié, par une frontière thermiquement conductrice, à un réservoir à température constante.
- Processus adiabatique : C'est un processus dans lequel il n'y a pas de transfert de chaleur. Pour un processus réversible, ceci est identique à un processus isentropique. On peut dire que le système est thermiquement isolé de son environnement et ne peut pas échanger de chaleur avec l’environnement.
- Processus isentropique : se déroule à entropie constante. Pour un processus réversible, cela est identique à un processus adiabatique.
- Processus à potentiel chimique constant : le système est relié par transfert de particules à une frontière perméable aux particules.
- Processus à nombre de particules constant : aucune énergie n’est ajoutée ou soustraite au système par transfert de particules. On peut dire que le système est isolé par transfert de particules de son environnement par une frontière perméable aux particules.
- Procédé polytropique : Un procédé polytropique est un processus thermodynamique durant lequel la capacité thermique d'un gaz reste inchangée, c'est-à-dire qu'il n'y a pas d'échanges thermiques.
exemples quotidiens
Ci-dessous, nous présentons quelques exemples quotidiens dans lesquels des processus thermodynamiques se produisent :
- Chauffe-eau solaire ( procédé isotherme ) : Un chauffe-eau solaire est un appareil qui utilise le rayonnement solaire pour chauffer l'eau. Pendant la journée, la lumière du soleil frappe un capteur solaire, chauffant un fluide (tel que de l'eau ou un liquide antigel) qui y circule. Ce processus peut être considéré comme isotherme car la température reste relativement constante lors de l'absorption de l'énergie solaire.
- Cuisson des aliments ( processus isotherme ) : Lorsque vous faites cuire des aliments, comme de l'eau bouillante pour faire des pâtes, vous faites l'expérience d'un processus isotherme, où la température reste constante. Au cours de ce processus, l’énergie thermique est transférée à l’eau, provoquant une augmentation de la température et permettant la cuisson des aliments.
- Gonfler un ballon ( processus adiabatique ) : Lorsque vous gonflez un ballon, vous effectuez un processus adiabatique , car il se produit sans transfert de chaleur vers ou depuis le système. L'air à l'intérieur du ballon est rapidement comprimé lorsqu'il est gonflé, ce qui augmente sa température.
- Réfrigération des aliments au réfrigérateur ( processus isobare ) : Lorsque vous placez des aliments chauds au réfrigérateur, vous rencontrez un processus isobare, où la pression reste constante. L'énergie thermique est transférée des aliments vers l'environnement plus frais du réfrigérateur, les refroidissant progressivement.
- Réchauffement de la voiture ( processus isochore ) : Lors du démarrage d'une voiture par une journée froide, le processus de réchauffement du moteur peut être considéré comme isochore, puisque le volume des gaz dans le cylindre reste constant. La température augmente en raison de la combustion du carburant.
- Utilisation d'un aérosol (expansion libre) : Lorsque le contenu d'un aérosol, tel qu'un déodorant ou une peinture en aérosol, est libéré, une expansion libre se produit. Il n'y a pas de transfert de chaleur significatif au cours de ce processus et la libération rapide du contenu est due à la pression accumulée.