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Thermodynamique.
Transformation de l'énergie

Énergie thermique I de combustion.
Effets de la thermodynamique

Entropie

Qu'est-ce que l'entropie?

L'entropie (S) est une grandeur thermodynamique définie à l'origine comme critère de prédiction de l'évolution des systèmes thermodynamiques.

Qu'est-ce que l'entropie?

L'entropie est une fonction d'état étendue. La valeur de cette grandeur physique, dans un système isolé, augmente au cours d'un processus qui se produit naturellement. L'entropie décrit l'irréversibilité d'un système thermodynamique.

Le mot entropie vient du grec et signifie évolution ou transformation.

L'entropie dans le monde de la physique

En physique, l'entropie est la quantité thermodynamique qui nous permet de calculer la partie de l' énergie thermique qui ne peut pas être utilisée pour produire du travail si le processus est réversible. L'entropie physique, dans sa forme classique, est définie par l'équation.

Qu'est-ce que l'entropie?

ou plus simplement, si la température est maintenue constante dans le processus 1 → 2 (processus isotherme):

Ainsi, si un corps chaud à température T1 perd une quantité de chaleur Q1, son entropie diminue en Q1 / T1, s'il donne cette chaleur à un corps froid à température T2 (inférieure à T1) l'entropie du corps froid augmente de plus de l'entropie du corps chaud a diminué car

Qu'est-ce que l'entropie?

 Une machine réversible peut donc transformer une partie de cette énergie thermique en travail, mais pas la totalité.

Les performances que donne la machine réversible (qui est le maximum que toute machine peut donner) sont:

Qu'est-ce que l'entropie?

Pour que toute l' énergie thermique soit transformée en travail, il faudrait soit que le foyer chaud soit à température infinie soit que le foyer froid soit à zéro kelvin; sinon, les performances thermodynamiques de la machine réversible sont inférieures à 1.

L'expression de l'entropie est une conséquence logique du deuxième principe de la thermodynamique et de la façon dont la température est mesurée.

Le deuxième principe de la thermodynamique dit que, si le travail n'est pas consommé, la chaleur des corps chauds aux corps froids, soit directement par conduction ou à travers n'importe quelle machine.

La température doit être mesurée sur une échelle thermodynamique; sinon, l'expression entropique n'est pas aussi élégante et dépend de la substance thermométrique utilisée pour construire le thermomètre. Lors de la définition de l' échelle de températurethermodynamique, il existe un degré de liberté qui peut être choisi arbitrairement. S'il est imposé qu'entre la température d'ébullition et la température de congélation de l'eau il y ait 100 degrés, l' échelle Kelvin est obtenue et il s'avère que la température de congélation de l'eau doit être de 273 K.

Pourquoi n'est-il pas possible de connaître l'entropie absolue?

Dans le monde réel, il n'est pas possible de déterminer l'entropie absolue d'un système pourquoi il serait nécessaire de pouvoir arriver à un 0 absolu.

Pour arriver à 0 absolu, le système doit d'abord refroidir à zéro absolu pour que les molécules ne bougent plus, et en plus, les molécules doivent être dans l'état le plus stable. Dans ce cas précis, l'entropie absolue est égale à zéro (troisième loi de la thermodynamique).

Troisième loi de la thermodynamique : "L'entropie d'un cristal parfait s'approche de zéro lorsque T s'approche de zéro (mais il n'y a pas de cristaux parfaits)."

Changer cet état stationnaire de 0 kelvin au point de départ donne l'entropie absolue. À partir de là, l'augmentation de la température augmentera l'entropie.

Heureusement, d'un point de vue pratique, il suffit généralement de calculer la variation d'entropie. Le calcul des différences est plus facile à faire expérimentalement.

La variation de température est calculée en utilisant la capacité thermique: l'intégrale du rapport de la capacité thermique et de la température sur la zone de changement de température.

Quelle relation existe-t-il entre l'entropie et l'énergie?

En supposant que l'univers entier est un système isolé, c'est-à-dire un système pour lequel il est impossible d'échanger matière et énergie avec l'extérieur, la première loi de la thermodynamique et la deuxième loi de la thermodynamique peuvent être résumées comme suit: " l'énergie totale de l'univers est constante et l'entropie totale augmente continuellement jusqu'à ce qu'elle atteigne l'équilibre ».

Cela signifie que non seulement il ne peut pas créer ou détruire l'énergie, ni se transformer complètement d'une forme à une autre sans qu'une partie ne se dissipe sous forme de la chaleur.

Comment et qui a découvert le concept d'entropie?

Qu'est-ce que l'entropie?Le concept d'entropie est développé en réponse à l'observation d'un certain fait: il y a une certaine quantité d'énergie libérée dans les réactions de combustion qui est perdue à cause de la dissipation ou du frottement. De cette façon, l'énergie perdue n'est pas transformée en travail utile.

Recherches sur les premiers moteurs thermiques

Les premiers moteurs thermiques tels que le Thomas Savery (1698), le moteur Newcomen (1712) et le Cugnot à vapeur à trois roues (1769) étaient inefficaces. De l'énergie d'entrée, seulement 2% ont été convertis en énergie utile.

Une grande quantité d'énergie utile a été dissipée ou gaspillée dans ce qui semblait être un état aléatoire incommensurable.

Au cours des deux siècles suivants, les physiciens ont étudié ce casse-tête d'énergie perdue.

Le résultat de ces études a conduit les scientifiques au concept d'entropie.

Premières occurrences du concept d'entropie

Le physicien Rudolf Clausius fut le premier à l'introduire en 1865.

Depuis lors, diverses définitions de l'entropie sont apparues. La définition la plus pertinente de l'entropie est celle développée par Ludwig Boltzmann. Boltzmann relie le concept d'entropie au degré de désordre d'un système. Cette nouvelle perspective d'entropie a permis d'étendre le concept à différents domaines, tels que la théorie de l'information, l'intelligence artificielle, la vie ou le temps.

Références

Auteur :

Date de publication : 24 mars 2017
Dernier examen : 16 avril 2020