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Thermodynamique.
Transformation de l'énergie

Qu'est-ce qu'une fonction d’état thermodynamique ?

Qu'est-ce qu'une fonction d’état thermodynamique ?

Les fonctions d'état décrivent l'état momentané d'un système thermodynamique. Les fonctions d'état ne dépendent que de l'état du système, quel que soit le chemin utilisé pour passer de l'état initial à l'état final. Cela signifie que les changements incrémentiels de ces variables sont en forme différentielle.

Quelques exemples de fonctions d'état sont

Ces valeurs peuvent être à la fois intensives et extensives et sont indépendantes du chemin emprunté pour atteindre l'état actuel.

Les fonctions d'état du système ont généralement une dépendance particulière les unes par rapport aux autres. La dépendance entre les fonctions thermodynamiques est universelle.

Plusieurs diagrammes thermodynamiques permettent de modéliser les transitions entre états thermodynamiques.

Chaque système ou type de substance est caractérisé par une équation d'état ou équation constitutive qui relie certaines des variables d'état les unes aux autres. En effet, les systèmes en équilibre ont un nombre fini de degrés de liberté selon la règle de phase de Gibbs.

Équation d'état d'un gaz parfait

L'équation d'état la plus simple est celle qui décrit le comportement des gaz parfaits dans un système fermé lorsqu'il est à basse pression et à haute température. Dans ces conditions, la densité de gaz est très faible, et on peut faire les approximations suivantes en comparaison aux gaz réels:

  • Il n'y a pas d'interactions entre les molécules de gaz.

  • Le volume des molécules est nul.

L'équation d'état qui décrit un gaz dans ces conditions est appelée équation d'état des gaz parfaits. On peut utiliser cette équation pour calculer le volume, la température et la pression d’un gaz parfait.

Cette équation résulte de la combinaison de deux lois empiriques valables pour les gaz très dilués : la loi de Boyle et la loi de Charles.

Pour une mole de gaz, la constante qui apparaît du deuxième côté de l'équation ci-dessus est la constante universelle des gaz parfaits R, donc l'équation d'état des gaz parfaits est :

P V = n R T

où,

  • P est la pression

  • V est le volume

  • n est le nombre de moles du gaz parfait.

  • R dans le système international est de 8,31 J/mol K

Qu'est-ce qu'un état thermodynamique ?

Un état thermodynamique est un ensemble de variables d'un système thermodynamique qui doivent être spécifiées afin de 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. Le nombre de valeurs nécessaires pour établir l'état dépend du système et n'est pas toujours connu.

Cette définition est valide indépendamment de la quantité de matière constituée de particules  solides, liquides ou gazeux.

Qu'est-ce qu'une fonction de chemin ?

Une fonction de chemin est une grandeur physique qui décrit la transition d'un système entre deux états d'équilibre.

Par exemple, le travail et la chaleur sont des grandeurs de processus puisqu'ils décrivent quantitativement la transition entre les états d’équilibre d’un système thermodynamique.

Dans un processus réversible, il n'est pas seulement fonction des états initial et final mais aussi des états intermédiaires successifs par lesquels passe le système (si le processus n'était pas réversible, il faudrait préciser comment il se déroule ). Dans ce cas, id dépend du chemin.

État d'équilibre thermodynamique

Les systèmes trouvés dans la nature sont souvent dynamiques et complexes.

Dans de nombreux cas, leurs états peuvent être décrits comme proches des conditions idéales.

L'état d'équilibre est l'une de ces conditions idéales. Les lois de la thermodynamique postulent que tous les systèmes isolés auront tendance à changer pour se rapprocher de l'état d'équilibre.

L'état d'équilibre est un objet primitif de la thermodynamique classique ou d'équilibre, dans laquelle on l'appelle un état thermodynamique.

Il existe plusieurs types d'états d'équilibre, correspondant à différentes variables physiques. Un système atteint l'équilibre thermodynamique lorsque les conditions de tous les types d'équilibre pertinents sont satisfaites simultanément.

Vous trouverez ci-dessous quelques types d'équilibre différents.

  • Équilibre thermique : Lorsqu'un système est en équilibre thermique, la température dans tout le système est uniforme et le système est en équilibre thermique.

  • Équilibre mécanique : si en chaque point d'un système donné il n'y a pas de changement de pression et pas de mouvement de matière.

  • Équilibre de phase : cela se produit lorsque la masse de chaque phase individuelle atteint une valeur qui ne change pas avec le temps.

  • Équilibre chimique: En équilibre chimique, la composition chimique d'un système s'est stabilisée et ne change pas avec le temps.

Qu'est-ce qu'un processus thermodynamique ?

Un processus thermodynamique est l'évolution de propriétés thermodynamiques spécifiques au cours d’une transformation thermodynamique. Du point de vue de la thermodynamique, ces transformations doivent se produire d'un état d'équilibre initial à un état final. Ainsi, les grandeurs qui subissent une variation lors du passage d'un état à un autre doivent être parfaitement définies dans lesdits états initial et final.

De cette manière, les processus thermodynamiques peuvent être interprétés comme le résultat de l'interaction d'un système avec un autre après qu'une certaine liaison a été supprimée entre eux, de sorte que finalement, les systèmes sont en équilibre (mécanique, thermique et/ou matériel) les uns avec les autres. . .

De manière moins abstraite, un processus thermodynamique peut être vu comme les changements d'un système, de certaines conditions initiales à d'autres conditions finales, en raison de sa déstabilisation.



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Date de Publication: 10 juillet 2019
Dernière Révision: 22 janvier 2022