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Thermodynamique.
Transformation de l'énergie

Processus thermodynamiques, définition et types de processus

Processus thermodynamiques, définition et types de processus

Un processus thermodynamique est l'évolution de certaines propriétés concernant un système thermodynamique spécifique. Ces propriétés sont appelées propriétés thermodynamiques.

Le système doit être en équilibre thermodynamique au point initial et final pour étudier le processus. En d'autres termes, les grandeurs qui subissent une variation lors du passage d'un état à un autre doivent être définies entièrement dans leurs états initial et final.

Un processus thermodynamique peut également être considéré comme les changements d'un système, de certaines conditions initiales à d'autres conditions finales. Selon la première loi de la thermodynamique, l'énergie interne est la quantité de chaleur fournie à l'extérieur moins la quantité de travail effectué par le système.

Les processus thermodynamiques peuvent être :

  • Quasi-statique : c'est un processus qui se déroule infiniment lentement. Généralement, ce fait implique que le système passe par des états d'équilibre successifs, auquel cas la transformation est également réversible.

  • Réversible : c'est un processus qui peut être inversé (fonctionner dans le sens inverse) sans provoquer de modifications du système ou de son environnement une fois qu'il a eu lieu.

  • Irréversible : c'est un processus qui n'est pas réversible. Les états intermédiaires de la transformation ne sont pas l'équilibre.

La théorie des processus thermiques est appliquée à la conception des moteurs , des unités de réfrigération, de l'industrie chimique et de la météorologie.

Quel est l'état d'un système ?

L'état du système est un ensemble de valeurs de propriétés d'un système thermodynamique qu'il faut spécifier pour reproduire le système. Les paramètres individuels sont appelés variables d'état, paramètres d'état ou variables thermodynamiques.

Lorsqu'un ensemble suffisant de variables thermodynamiques a été spécifié, les valeurs de toutes les autres propriétés du système sont définies. Cependant, le nombre de valeurs nécessaires pour déterminer l'état dépend du système et n'est pas toujours connu.

Qu'est-ce qu'un processus cyclique ?

Un processus cyclique est un processus dans lequel les états initial et final sont les mêmes. En technologie, ces processus sont essentiels, par exemple les processus répétitifs, par exemple le cycle de Carnot, le cycle de Rankine.

Procédé réversible en thermodynamique

Les processus réversibles sont des idéalisations de processus réels. Un exemple familier et largement utilisé est l'équation de Bernoulli que nous avons vue pour équilibrer les flux d'entrée et de sortie. Les processus réversibles sont bénéfiques pour définir les limites du système ou le comportement des appareils. Il aide à identifier les domaines dans lesquels des inefficacités se produisent et permet de donner des critères dans la conception des machines.

Dans une sorte de processus réversible, ils représentent le travail maximum que nous pouvons extraire en passant d'un état à un autre. Cela peut aussi signifier le travail minimum qui est nécessaire pour créer un changement d'état.

Types de processus thermodynamiques

Les principaux processus thermodynamiques sont les suivants :

  • Processus isobare : il se déroule sous pression constante. En d'autres termes, le système est connecté dynamiquement, avec une limite mobile, à un réservoir sous pression continue. La température et le volume associés suivent la loi de Charles lorsqu'un gaz parfait évolue de manière isobare de l'état A vers l'état B.
  • Processus isochore : le volume reste constant. Par conséquent, si le système est à volume constant, la quantité de travail effectuée par le système sera nulle. Cela implique que le processus ne fait pas de travail pression-volume. Il s'ensuit que toute énergie thermique transférée au système l'absorbe extérieurement sous forme d'énergie interne.
  • Processus isotherme (ou processus isotherme) : se déroule à température constante. En d'autres termes, le système est relié thermiquement, 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, cela est identique à un processus isentropique. Par conséquent, on peut dire que le système est thermiquement isolé de son environnement et qu'il ne peut pas échanger de chaleur avec l'environnement.
  • Processus isentropique : il se déroule à entropie constante. Pour un processus réversible, cela est identique à un processus adiabatique.
  • Processus à potentiel chimique constant : le système est connecté par transfert de particules avec une frontière de particules perméable.
  • Processus à nombre de particules constant : il n'y a pas d'énergie ajoutée ou soustraite du système par transfert de particules. Par conséquent, le système est isolé par une frontière perméable aux particules.
  • Processus polytropique : un processus polytropique est un processus thermodynamique au cours duquel la capacité calorifique du gaz reste inchangée - il n'y a pas d'échanges thermiques.

Parfois, pendant tout le processus, non pas une, mais plusieurs grandeurs thermodynamiques s'avèrent inchangées. Ainsi, par exemple, l'évaporation et la condensation dans un système liquide-vapeur, lorsque la pression et la température sont constantes, il existe des processus isobares-isothermes.

Qu'est-ce que cela signifie qu'un système est en équilibre thermodynamique ?

Un système thermodynamique est dans un état d'équilibre thermodynamique lorsque les principales variables du système restent inchangées. C'est-à-dire que la pression, le volume et la température ne restent pas constants dans le temps.

Cela se produit lorsque deux ou toutes les variables ci-dessus changent. Il convient de garder à l'esprit que la variation d'un seul d'entre eux est impossible car ils sont tous interconnectés par un rapport de proportion inverse ou direct. Cette transformation thermodynamique amènera le système vers un autre point d'équilibre.

Pour cette raison, les états initial et final d'une transformation d'un gaz parfait sont identifiés par deux paires de valeurs sur les trois quantités qui définissent l'état d'un corps :

  • Pression.
  • Volume.
  • Température.
      Auteur :

      Date de publication : 2 janvier 2018
      Dernier examen : 1 octobre 2021