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Thermodynamique.
Transformation de l'énergie

Transformation isotherme: définition du processus avec des exemples

Transformation isotherme: définition du processus avec des exemples

Une transformation isotherme est un processus thermodynamique à température constante.

Dans une transformation isotherme, la variation d'énergie interne d'un gaz parfait ne dépend que de la température et reste constante en expansion. Alors, selon le premier principe de la thermodynamique, l’énergie thermique prélevée au foyer est égale au travail effectué par le gaz:

Q = W

La loi de Boyle décrit la transformation isotherme d'un gaz parfait. «La pression exercée par une force chimique est inversement proportionnelle à la masse gazeuse, tant que sa température reste constante. (Si le volume augmente, la pression diminue et si le volume diminue, la pression augmente). »

Exemples de transformations isothermes

Ces transformations peuvent se produire dans tout type de système disposant de moyens de régulation de la température. Ci-dessous, nous énumérons quelques exemples:

  • Les changements de phase de différents états de la matière.

  • Certains cycles de moteurs thermiques; par exemple, la machine de Carnot. Une partie du cycle de Carnot est réalisée et la température reste constante.

  • Les réactions dans les frigos sont isothermes.

  • En biologie, les interactions d'une cellule avec ses cellules environnantes se font par des transformations isothermes.

Processus isothermes dans les gaz parfaits

En chimie ou physique, les processus isothermes présentent un intérêt particulier pour les gaz parfaits. C'est une conséquence de la deuxième loi de Joule. Cette loi stipule que l'énergie interne d'une quantité fixe d'un gaz idéal ne dépend que de la température.

Par conséquent, l’énergie interne d'un gaz parfait est constante. Ceci est le résultat du fait que dans un gaz parfait, il n'y a pas de forces entre les molécules du gaz. L’énergie interne dépend de la température, de la pression et du volume.

Dans ce processus, un travail est effectué qui modifie le volume et la pression. Ce travail implique une variation de l'énergie interne et aura tendance à augmenter la température. Le maintien de la température constante nécessite un transfert de chaleur entre le système et l'extérieur.

Dans une expansion isotherme, l'énergie thermique est absorbée, dans une compression l'énergie thermique est libérée. La quantité de chaleur échangée est la même que le travail effectué. Pour que le gaz se dilate, il doit être alimenté en chaleur.

Comparaison du travail entre la transformation isotherme et adiabatique

Une transformation adiabatique (à pression constante) est prise comme référence théorique idéale. Il montre le comportement sans perte thermique, ce qui signifie une efficacité énergétique d'exactement 100%.

Travaux requis pour la compression

Le travail effectué sur le système requis pour la compression isotherme est supérieur au travail requis pour la même compression adiabatique. Cela signifie que le gaz chauffé par compression est plus chaud que la température ambiante. Dans le cas isotherme, l'énergie thermique peut quitter le système.

Le travail supplémentaire correspond à l'énergie thermique du système perdue.

Efficacité énergétique théorique

L'efficacité énergétique théorique de la compression isotherme est inférieure à celle d'un processus adiabatique (100%). Il en résulte que l'efficacité théorique d'une compression de ce type est inférieure à 100%.

Travaux résultant d'une expansion

Dans ce cas, elle est supérieure au travail résultant de la même expansion adiabatique. Le gaz refroidi par la détente est plus froid que la température ambiante. 

Par conséquent, l'efficacité énergétique théorique d'une expansion isotherme est supérieure à la même expansion si’l est adiabatique (100%). Il s'ensuit que l'efficacité énergétique théorique d'une détente isotherme est supérieure à 100%.

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Date de Publication: 8 mars 2018
Dernière Révision: 23 juin 2020