Thermodynamique (2004-2010). - Université de Genève

1 Introduction
La thermodynamique offre un formalisme très efficace pour lier des comportements sur
une échelle macroscopique d’une grosse diversité de propriétés. Elle permet une analyse
quantitative de ces propriétés, ainsi que des prédictions de leur comportement, toujours
sur une échelle macroscopique. L’état macroscopique est spécifié par des variables macroscopiques
externes comme le champ magnétique, la pression, etc. Plusieurs états microscopiques
peuvent correspondre au même état macroscopique. Or, la thermodynamique
permet de comprendre un phénomène macroscopique sans avoir besoin de descriptions
détaillées des processus microscopiques qui le provoquent.
La thermodynamique est la science qui englobe l’étude des propriétés des corps ainsi
que celle de tous les phénomènes faisant intervenir le travail, la chaleur et l’énergie en
général. Les différents domaines de la thermodynamique incluent des propriétés macroscopique
de la matière (i.e. la capacité calorifique, la compressibilité, et la vitesse du son),
des questions profondes concernant l’ordre des événements comme la flèche du temps et
des questions très pratiques concernant la configuration et le mode de fonctionnement des
machines thermiques.
La quête principale de la thermodynamique est la détermination de l’état d’équilibre qui
résulte après qu’on enlève les contraintes internes d’un système fermé, composé de plusieurs
sous-systèmes.
Les contraintes internes peuvent être des champs (électrique, magnétique), le volume, et
des quantités conservées comme l’énergie, le nombre de molécules, etc.
1.1 Les quatre principes de la thermodynamique
Au fur et à mesure de la progression de ce cours, nous rencontrons les quatre principes
(ou "lois") de la thermodynamique et nous en étudierons les conséquences pour des expériences
et des observations dans tous les domaines de la physique et de l’astronomie. Afin
de satisfaire la curiosité des lecteurs, les voici :
Principe zéro :Si deux systèmes A et B sont en équilibre thermodynamique et si B et C
le sont aussi, alors A et C sont en équilibre thermodynamique ; cette propriété est appelée,
propriété de transitivité.
Premier principe :Au cours d’une transformation quelconque d’un système fermé, la
variation de son énergie interne est égale à la quantité d’énergie échangée avec le milieu
extérieur, sous forme de chaleur et sous forme de travail .
Deuxième principe :Toute transformation d’un système thermodynamique s’effectue
avec augmentation de l’entropie globale incluant l’entropie du système et du milieu extérieur.
On dit encore qu’il y a création d’entropie.
Troisième principe :À la limite du zéro absolu, température qui ne saurait être atteinte,
l’entropie d’équilibre d’un système tend vers une constante indépendante des autres paramètres
intensifs, constante qui est prise nulle, si possible.
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