Termodynamique

La thermodynamique étudie les relations entre la chaleur, le travail et les transformations de l'énergie dans les systèmes macroscopiques. Voici ses concepts clés structurés en principes fondamentaux et applications.

Concepts fondamentaux

• Variables d'état :

• Pression ($ P $)
• Température absolue ($ T $)
• Énergie interne ($ U $)
• Entropie ($ S $)

• Équilibre thermodynamique : état où les variables (température, pression) sont homogènes et stables.
• Types de transformations :

• Isobare ($ P = constante $)
• Isochore ($ V = constante $)
• Isotherme ($ T = constante $)
• Adiabatique ($ Q = 0 $).

Les quatre principes

Principe zéro

« Deux corps en équilibre thermique avec un troisième sont en équilibre entre eux. » Il définit la température comme grandeur mesurable.

Premier principe

Conservation de l'énergie :

[pic 1]

• $ \Delta U $ : variation d'énergie interne
• $ Q $ : chaleur reçue
• $ W $ : travail reçu.

L'énergie ne se crée ni ne se détruit, mais se transforme (ex. : chaleur → travail dans une machine thermique).

Deuxième principe

Irréversibilité et entropie :

[pic 2]

• $ \Delta S $ : variation d'entropie
• $ Q $ : chaleur échangée
• $ T $ : température (en kelvins).

L'entropie d'un système isolé augmente spontanément (ex. : diffusion de chaleur d'un corps chaud vers un froid).

Troisième principe

À 0 K (-273,15 °C), l'entropie d'un cristal parfait est nulle. Ce principe fonde l'échelle thermodynamique de température.

Applications pratiques

• Machines thermiques : conversion de chaleur en travail (moteurs, turbines) avec un rendement limité par le théorème de Carnot.
• Réfrigération : transfert de chaleur d'une source froide à une chaude grâce à un apport de travail.

La thermodynamique relie phénomènes macroscopiques (pression, température) et comportements microscopiques (agitation moléculaire), offrant des outils essentiels en ingénierie et en physique statistique

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