- Quelles sont les lois de la thermodynamique ?
- Origine des lois de la thermodynamique
- Première loi de la thermodynamique
- Deuxième loi de la thermodynamique
- Troisième loi de la thermodynamique
- Loi zéro de la thermodynamique
Nous expliquons quelles sont les lois de la thermodynamique, quelle est l'origine de ces principes et les principales caractéristiques de chacun.
Quelles sont les lois de la thermodynamique ?
Les lois de la thermodynamique (ou les principes de la thermodynamique) décrivent le comportement de trois grandeurs physiques fondamentales, la Température, la énergie et laentropie, qui caractérisent les systèmes thermodynamiques. Le terme « thermodynamique » vient du grec thermos, Que signifie "Chauffer", oui dynamos, Que signifie "Obliger”.
Mathématiquement, ces principes sont décrits par un ensemble d'équations qui expliquent le comportement des systèmes thermodynamiques, définis comme tout objet d'étude (à partir d'un molécule ou un être humain, jusqu'à atmosphère ou de l'eau bouillante dans une casserole).
Il existe quatre lois de la thermodynamique et elles sont cruciales pour comprendre les lois physiques de univers et l'impossibilité de certains phénomènes comme la mouvement perpétuel.
Origine des lois de la thermodynamique
Les quatre principes de thermodynamique Ils ont des origines différentes, et certains ont été formulés à partir des précédents. Le premier à être établi, en fait, était le second, le travail du physicien et ingénieur français Nicolás Léonard Sadi Carnot en 1824.
Cependant, en 1860, ce principe a été à nouveau formulé par Rudolf Clausius et William Thompson, ajoutant ensuite ce que nous appelons maintenant la première loi de la thermodynamique. Plus tard, le troisième est apparu, également connu sous le nom de "postulat de Nerst" car il est né grâce aux études de Walther Nernst entre 1906 et 1912.
Enfin, la soi-disant « loi zéro » est apparue en 1930, proposée par Guggenheim et Fowler. Il faut dire que dans tous les domaines il n'est pas reconnu comme un vrai droit.
Première loi de la thermodynamique
La première loi est appelée la « Loi de la conservation de l'énergie » parce qu'elle dicte que dans n'importe quel système isolé de son environnement, la quantité totale d'énergie sera toujours la même, même si elle peut être transformée d'une forme d'énergie en différentes. Ou en d'autres termes : l'énergie ne peut pas être créée ou détruite, seulement transformée.
Ainsi, en fournissant une quantité donnée de chaleur (Q) à un système physique, sa quantité totale d'énergie peut être calculée comme la chaleur fournie moins letravail (W) effectuée par le système sur son environnement. Exprimé dans une formule : ΔU = Q - W.
Comme exemple de cette loi, imaginons un moteur d'avion. C'est un système thermodynamique qui se compose de carburant qui réagit chimiquement au cours du processus de la combustion, dégage de la chaleur et fonctionne (cela fait bouger l'avion). Donc : si nous pouvions mesurer la quantité de travail effectué et la chaleur dégagée, nous pourrions calculer l'énergie totale du système et conclure que l'énergie dans le moteur est restée constante pendant le vol : l'énergie n'a été ni créée ni détruite, elle a plutôt été modifiée de énergie chimique à énergie calorique Ouiénergie cinétique (mouvement, c'est-à-dire travail).
Deuxième loi de la thermodynamique
La seconde loi, également appelée « Loi d'Entropie », peut se résumer en ce que la quantité de entropie dans l'univers a tendance à augmenter dans le la météo. Cela signifie que le degré de désordre des systèmes augmente jusqu'à atteindre un point d'équilibre, qui est l'état de plus grand désordre du système.
Cette loi introduit une notion fondamentale en physique : la notion d'entropie (représentée par la lettre S), qui dans le cas des systèmes physiques représente le degré de désordre. Il s'avère que dans chaque processus physique dans lequel il y a une transformation d'énergie, une certaine quantité d'énergie n'est pas utilisable, c'est-à-dire qu'elle ne peut pas fonctionner. Si vous ne pouvez pas travailler, dans la plupart des cas, cette énergie est de la chaleur. Cette chaleur que dégage le système, ce qu'elle fait, c'est augmenter le désordre du système, son entropie. L'entropie est une mesure du désordre d'un système.
La formulation de cette loi établit que la variation d'entropie (dS) sera toujours égale ou supérieure à latransfert de chaleur (dQ), divisé par la température (T) du système. C'est-à-dire que : dS dQ / T.
Pour comprendre cela avec un exemple, il suffit de brûler une certaine quantité de la matière puis recueillir les cendres résultantes. En les pesant, nous vérifierons qu'il s'agit de moins de matière que ce qui était dans son état initial : une partie de la matière s'est convertie en chaleur sous forme de des gaz qu'ils ne peuvent pas travailler sur le système et qu'ils contribuent à son désordre.
Troisième loi de la thermodynamique
La troisième loi stipule que l'entropie d'un système qui est amené au zéro absolu sera une constante définie. En d'autres termes:
- Une fois le zéro absolu atteint (zéro en unités Kelvin), les processus des systèmes physiques s'arrêtent.
- En atteignant le zéro absolu (zéro en unités Kelvin), l'entropie a une valeur minimale constante.
Il est difficile d'atteindre le soi-disant zéro absolu (-273,15 °C) au quotidien, mais on peut réfléchir à cette loi en analysant ce qui se passe dans un congélateur : aliments que nous y déposons deviendra si froid que les processus biochimiques à l'intérieur ralentiront voire s'arrêteront. C'est pourquoi sa décomposition est retardée et sa consommation pendant bien plus longtemps.
Loi zéro de la thermodynamique
La "loi zéro" est connue sous ce nom bien qu'elle ait été la dernière à courir. Aussi connu sous le nom Loi de l'équilibre thermique, ce principe dicte que : « Si deux systèmes sont en équilibre thermique indépendamment avec un troisième système, ils doivent également être en équilibre thermique les uns avec les autres ». Il peut être exprimé logiquement comme suit : si A = C et B = C, alors A = B.
Cette loi nous permet de comparer l'énergie thermique de trois corps différents A, B et C. Si le corps A est en équilibre thermique avec le corps C (ils ont la même température) et B a également la même température que C, alors A et B ont la même température.
Une autre façon d'énoncer ce principe est de soutenir que lorsque deux corps avec des températures différentes entrent en contact, ils échangent de la chaleur jusqu'à ce que leurs températures s'égalisent.
Des exemples quotidiens de cette loi sont faciles à trouver. Lorsque nous entrons dans l'eau froide ou chaude, nous ne remarquerons la différence de température que pendant les premières minutes puisque notre corps entrera alors en équilibre thermique avec leL'eau et nous ne remarquerons plus la différence. La même chose se produit lorsque nous entrons dans une pièce chaude ou froide : nous remarquerons d'abord la température, mais ensuite nous cesserons de percevoir la différence car nous entrerons en équilibre thermique avec elle.