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cours de thermodynamique chapitre 4 : Deuxième principe de la thermodynamique
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Chapitre IV : Deuxième principe de la thermodynamiqueIV.1. Introduction
Le premier principe qui affirme l’équivalence entre les différentes formes d’énergie, ne peut
pas nous renseigner sur les sens d’une évolution donnée.
L’expérience montre que lorsqu’on met en contact un corps chaud A à la température T A avec
un corps froid B à la température T B ; tout de suite le corps A se refroidit tandis que le corps B
se réchauffe et cela se poursuit jusqu’à ce que les deux corps soient à la même température
(équilibre thermique).
A + B ( A + B)
TA TB Te
La transformation inverse ci-dessous, n'est pas interdite par le premier principe ; d’où le
besoin de disposer d’un deuxième principe qui pourra nous renseigner sur le sens des
évolutions des systèmes.
(A + B) A + B
Te TA TB
IV. 2. Nécessité d’un deuxième principe
Le premier principe qui stipule la conservation de l’énergie n’explique pas l’irréversibilité de
certaines transformations spontanées ou naturelles.
Il faut donc introduire un second principe dit aussi principe d’évolution déduit des faits
expérimentaux, qui permettra de prévoir les évolutions des systèmes et qui permet donc de
préciser la nature d’une transformation (réversible, irréversible), à travers une nouvelle
fonction d’état dite entropie (S).
Physiquement, l’entropie est une grandeur abstraite qui mesure le degré de désordre d’un
système à l’échelle microscopique et décrit son comportement par sa maximalisation.
47
, L’entropie S d’un système croit si le système tend vers son équilibre d’où : ΔS > 0.
L’entropie est maximum si le système atteint un état d’équilibre.
Contrairement au premier principe qui fait l’objet d’un seul énoncé, le second principe fait
l’objet de plusieurs énoncées.
IV. 3. Enoncés du second principe
La thermodynamique classique cherche à explique le sens privilégié des transformations
naturelles ou spontanées, mais elle postule simplement l’irréversibilité de ces transformations
observées expérimentalement.
IV. 3. 1. Enoncé de CLAUSIUS
Il est déduit de l’exemple suivant :
Expérimentalement, une quantité de chaleur ne peut jamais être transférée spontanément
d’une source froide vers une source chaude.
Source chaude à T2 > T1
Q (Impossible)
Source froide à T1
V. 3. 2. Enoncé de KELVIN
Il est déduit de l’exemple expérimental suivant :
Une roue de voiture est progressivement freinée jusqu’à son arrêt avec comme résultat un
échauffement des freins et de la jante. Jamais on ne voit cette roue se mettre seule en
mouvement en absorbant la chaleur dégagée par le freinage et remontant une pente.
48
, Source d’énergie (Q)
Impossible Travail (W)
Roue de voiture sur une pente
Cela veut dire qu’il est impossible de prélever une quantité de chaleur d’une source d’énergie
et de la transformer intégralement en travail ; une quantité d’énergie doit être absolument
perdue vers le milieu extérieur, d’où la notion de rendement.
IV. 3. 3. Enoncé mathématique
Compte tenu des deux postulats de Clausius et de Kelvin, imaginons un cycle de
transformation au cours duquel :
Une machine prélève de la chaleur Q à une source froide à la température T 2 < T1 et la
cède intégralement à une source chaude à la température T1.
Comme T2 < T1, ce transfert de chaleur est impossible d’après l’énoncé de Clausius et
ce cycle est donc irréversible dans la pratique.
Q
T2 < T 1
1 2
Q
T1
Cycle imaginaire d’une machine thermique
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