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Résumé CHAPITRE IV -Thermodynamique (BAC +1 -SMPC)
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CHAPITRE IV -Thermodynamique (BAC +1 -SMPC)
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CHAPITRE IVSECOND PRINCIPE DE LA THERMOQYNAMIQUE
ENTROPIE ET EVOLUTION DES SYSTEMES
Nécessité d’un deuxième principe :
Le premier principe qui stipule la conservation de l'énergie permet de faire le bilan
d'énergie des systèmes, sans imposer de conditions sur les types d'échanges
possibles. Mais, ce bilan énergétique ne permet pas de prévoir le sens d'évolution
des systèmes.
ex.: sens des réactions chimiques ou des transformations naturelles , ou le transfert
spontané de la chaleur du chaud vers le froid
Le premier principe par son bilan n'exclut pas le transfert de la chaleur du froid vers
le chaud (ce qui est impossible) et il n'explique pas l'irréversibilité de certaines
transformations spontanées ou naturelles.
Il faut donc introduire un deuxième principe dit aussi principe d'évolution, déduit
des faits expérimentaux, qui permettra de prévoir l'évolution des systèmes (on
parlera de stabilité des états). Le deuxième principe introduit une nouvelle fonction
d'état dite entropie S qui décrit le comportement des systèmes par la
maximalisation de leur entropie:
l'entropie S d'un système croît si le système tend vers son équilibre :d'où S >
0
l'entropie S est maximale si le système est à l'équilibre
Exemples de Transformations Irréversibles
Certaines transformations naturelles sont irréversibles: elles n'évoluent que
dans un seul sens.
-ex.1: la détente d'un gaz:
Détente irréversible d'un gaz
, On remarque que:
l'état initial 1 (les deux gaz séparés par une cloison) est relativement ordonné,
car presque toutes les molécules sont concentrées du côté HP: cet état est
hautement instable
dans l'état final 2, en perçant un trou dans la cloison, un grand nombre de
molécules passent du côté BP jusqu'à l'état d'équilibre caractérisé par une
répartition homogène des molécules des deux côtés
Cet état final 2 est plus désordonné (microscopique) et surtout cet état est stable.
ex.2: le transfert spontané de la chaleur:
Transfert de chaleur
dans l'état initial 1 (cloison en place), les molécules les plus agitées (° petits
ronds) sont situées du côté gauche et les molécules moins agitées (.petits
points) du côté droit: ceci correspond à un certain ordre où les molécules (°)
sont séparées des molécules (.): c'est un état hors-équilibre
dans l'état final 2 (cloison enlevée), les molécules plus chaudes (°) diffusent
vers la gauche et communiquent par chocs une partie de leur énergie aux
molécules plus froides (.), pour atteindre finalement un état d'équilibre où les
deux régions sont à la même température
Dans cet état final d'équilibre, les molécules ont en moyenne même énergie cinétique
et le système est caractérisé par un plus grand désordre.
ex3: une roue de voiture en mouvement est freiné progressivement jusqu'à son
arrêt, avec comme résultat un échauffement des freins et de la jante
Freinage d'une roue
- jamais, on ne voit cette roue se mettre seule en mouvement en absorbant la
chaleur dégagée par le freinage et remonter la pente
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