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Thermodynamique.
Transformation de l'énergie

Énergie thermique I de combustion.
Effets de la thermodynamique

Entropie

Système thermodynamique

Système thermodynamique

Un système thermodynamique fait partie de l'univers physique avec une limite spécifique d'observation.

Un système contient une substance avec un grand nombre de molécules ou d'atomes, et est composé d'un volume géométrique de dimensions macroscopiques soumis à des conditions expérimentales contrôlées.

Un système thermodynamique peut subir des transformations internes et des échanges de matière et / ou d'énergie avec l'environnement extérieur.

Classification des systèmes thermodynamiques

En thermodynamique, il existe trois principaux types de systèmes thermodynamiques: ouverts, fermés et isolés. En particulier:

Système thermodynamique ouvert

Un système est ouvert s'il permet un flux avec l'environnement extérieur, à la fois la masse et l'énergie (par la chaleur et / ou le travail et / ou une autre forme d'énergie), à ​​travers sa limite. Un exemple d'un système ouvert est un étang rempli d'eau, dans lequel l'eau peut entrer ou sortir de la piscine et peut être chauffée par un système de chauffage et de refroidissement éolien.

Système thermodynamique fermé

En thermodynamique, il est dit fermé s'il permet un flux d'énergie avec l'environnement extérieur, à travers sa frontière, (par la chaleur et / ou le travail et / ou une autre forme d'énergie), mais pas la masse; Un exemple est un cylindre maintenu fermé par une valve, qui peut chauffer ou refroidir mais ne perd pas de masse (tandis que le cylindre lui-même se comporte comme un système ouvert si nous ouvrons la valve).

Système adiabatique

Un système est adiabatique lorsqu'il n'échange pas de chaleur avec l'environnement.

Système thermodynamique isolé

Un système est dit isolé s'il ne permet pas un flux d'énergie ou de masse vers l'environnement extérieur.

Autres subdivisions

Chacun de ces systèmes peut encore être décrit en raison de sa complexité interne. La possibilité de se subdiviser en sous-systèmes plus petits. De cette façon, nous obtiendrons qu'un système ouvert, adiabatique ouvert, fermé, adiabatique et isolé peut être:

  • Système thermodynamique simple. Un système est simple s'il est limité par une limite, à l'intérieur de laquelle il n'y a pas d'autres murs.

  • Système thermodynamique composite. Un système est composé s'il est délimité par une limite, à l'intérieur de laquelle existent d'autres murs.

Description microscopique et macroscopique du système thermodynamique

Un système thermodynamique peut être vu à la fois d'un point de vue macroscopique et microscopique.

Caractéristiques d'une description macroscopique d'un système simple:

  • Aucune hypothèse n'est formulée sur la structure du système.

  • Les quantités nécessaires pour le décrire sont de petites quantités: pression, volume, température, quantité de gaz.

  • Ils sont perceptibles par nos sens.

  • Il existe l'équation d'état idéale du gaz, qui est particulièrement simple et polyvalente. De plus, d'autres équations de transformation facilitent le calcul des énergies et des masses échangées.

Caractéristiques d'une description de l'écosystème

C'est une description plus compliquée, traitée au niveau macroscopique; mais généralement les transformations ne sont pas idéales et l'approche nécessite une préparation de base plus approfondie.

  • Nous devons faire de nombreuses hypothèses sur la structure du système, qui est composé de différentes substances dans différentes phases.

  • Les quantités sont en grande quantité.

  • Parfois, les causes et les effets de la friction échappent à la perception.

  • Ils sont constitués de nombreux éléments en interaction, parfois de manière complexe.

  • Parfois, la compétence mathématique de traiter de très grands nombres est requise.

Caractéristiques de la description moléculaire d'un système

  • C'est une description plus compliquée, l'approche nécessite une préparation de base plus large, elle nécessite généralement des bases thermodynamiques statistiques.

  • Il est nécessaire de faire de nombreuses hypothèses sur la structure du système, qui se compose de différentes substances dans différentes phases.

  • Les quantités sont en grande quantité.

  • Parfois, les causes et les effets de la friction échappent à la perception.

  • Ils sont composés de nombreux éléments qui interagissent indépendamment.

  • Parfois, la maîtrise des mathématiques est nécessaire pour gérer de très grands nombres ou des concepts assez abstraits.

Parfois, ce niveau est appelé microscopique, mais les atomes et les molécules ne sont pas visibles au microscope. De plus, le principe d'incertitude de Heisenberg est presque toujours important au niveau moléculaire.

Système simple

Pour décrire macroscopiquement un gaz idéal dans la bouteille, il suffit de prendre en compte la pression, la température, la quantité de gaz et le volume.

Système moléculaire

Afin de décrire un système moléculaire, il est nécessaire de considérer les molécules et les atomes. De plus, toutes les positions qu'ils prennent comme changement de pression, de volume et de température doivent être décrites mathématiquement.

Pour cela, il faut tenir compte du principe d'incertitude qui provoque le comportement du système et de ses composantes élémentaires.

Surface de contrôle

La surface de contrôle est cette entité, matérielle ou purement géométrique, qui sépare le système de l'environnement extérieur.

Un exemple de paroi en matériau est la surface d'un cylindre (généralement en fonte). Un exemple de mur géométrique est la surface de contact entre l'air et l'eau dans un verre (ou même entre l'eau et le verre).

Classification d'une surface de contrôle

La paroi d'un système thermodynamique peut être classée selon trois paramètres essentiels: perméabilité, rigidité et thermalité.

Selon son imperméabilité, le mur peut être étanche ou poreux, permettant un écoulement de matière, même sélectivement.

Selon la rigidité, le mur peut être rigide ou mobile.

Selon la thermalité, la paroi peut être une paroi adiabatique (ne permet pas l' échange de chaleur) ou une paroi diathermique (permet un échange de chaleur).

Classification selon leurs systèmes thermodynamiques. Les systèmes thermodynamiques mentionnés ci-dessus ne sont qu'une combinaison de ces propriétés:

  • Système ouvert. Paroi poreuse, mobile et diathermique

  • Système adiabatique ouvert. Mur poreux, mobile et adiabatique

  • Système fermé. Mur étanche, mobile et diathermique

  • Système adiabatique fermé. Mur étanche, mobile et adiabatique

  • Système isolé. Paroi étanche, rigide et adiabatique.

    Auteur :

    Date de publication : 19 décembre 2017
    Dernier examen : 17 juin 2020