C'est le terme utilisé pour englober la série d' études et d'expériences menées selon les lois de la physique, qui analysent en détail l' équilibre des éléments terrestres, ainsi que la façon dont la chaleur et l'énergie affectent la vie sur la planète et le les matériaux qui le composent. À partir de là, il a été possible de créer différentes machines qui aident dans les processus industriels. Le mot vient des mots grecs θερμο et δύναμις, qui signifient «thermo» et «chaleur».
Qu'est-ce que la thermodynamique
Table des matières
La définition de la thermodynamique indique que c'est la science qui traite spécifiquement des lois qui régissent la transformation de l'énergie thermique en énergie mécanique et vice versa. Il repose sur trois principes fondamentaux et a des implications philosophiques évidentes et permet également de formuler des concepts parmi les plus poussés en physique.
Dans ce cadre, différentes méthodes d'investigation et d'appréciation des objets recherchés sont utilisées, telles que des grandeurs extensives et non extensives, l'une approfondie étudie l' énergie interne, la composition molaire ou le volume et la seconde, pour sa part, la pression., température et potentiel chimique; même ainsi, d'autres grandeurs sont utilisées pour une analyse précise.
Qu'étudie la thermodynamique
La thermodynamique étudie les échanges d'énergie thermique entre les systèmes et les phénomènes mécaniques et chimiques que ces échanges impliquent. De manière particulière, il est chargé d'étudier les phénomènes dans lesquels il y a transformation de l'énergie mécanique en énergie thermique ou vice versa, phénomènes que l'on appelle transformations thermodynamiques.
Elle est considérée comme une science phénoménologique, car elle se concentre sur les études macroscopiques d'objets et autres. De même, il utilise d'autres sciences pour être en mesure d'expliquer les phénomènes qu'il cherche à identifier dans ses objets d'analyse, comme la mécanique statistique. Les systèmes thermodynamiques utilisent certaines équations qui aident à mélanger leurs propriétés.
Parmi ses principes de base se trouve celui de l'énergie, qui peut être transférée d'un corps à un autre, par la chaleur. Il est appliqué à de nombreux domaines d'étude tels que l' ingénierie, ainsi qu'à la collaboration au développement de moteurs, à l'étude des changements de phase, des réactions chimiques et des trous noirs.
Qu'est-ce qu'un système thermodynamique
Un système thermodynamique est appelé le corps, ou ensemble de corps, sur lequel une transformation thermodynamique a lieu. L'étude d'un système se fait à partir de l'état, c'est-à-dire de ses conditions physiques à un moment donné. Au niveau microscopique, ledit état peut être décrit au moyen de coordonnées ou de variables thermiques, telles que masse, pression, température, etc., qui sont parfaitement mesurables, mais au niveau microscopique, les fractions (molécules, atomes) qui constituent le système et identifier l'ensemble des positions et des vitesses de ces particules dont dépendent finalement les propriétés microscopiques.
De plus, un système thermodynamique est une région de l'espace qui fait l'objet de l'étude en cours et qui est limitée par une surface qui peut être réelle ou imaginaire. La région en dehors du système qui interagit avec elle est appelée l'environnement système. Le système thermodynamique interagit avec son environnement par l'échange de matière et d'énergie.
La surface qui sépare le système du reste de son contexte est appelée un mur, et selon ses caractéristiques, ils sont classés en trois types qui sont:
Système thermodynamique ouvert
C'est l'échange entre l'énergie et la matière.
Système thermodynamique fermé
Il n'échange pas de matière, mais il échange de l'énergie.
Système thermodynamique isolé
Il n'échange ni matière ni énergie.
Principes de la thermodynamique
La thermodynamique a certains principes fondamentaux qui déterminent les grandeurs physiques de base qui représentent les systèmes thermodynamiques. Ces principes expliquent à quoi ressemble leur comportement dans certaines conditions et empêchent l'apparition de certains phénomènes.
On dit qu'un corps est en équilibre thermique lorsque la chaleur qu'il perçoit et émet est égale. Dans ce cas, la température de tous ses points est et reste constante. Un cas paradoxal d'équilibre thermique est un fer exposé au soleil.
La température de ce corps, une fois l'équilibre atteint, reste supérieure à celle de l'environnement car l'apport continu d'énergie solaire est compensé par ce que le corps rayonne et le perd par sa conduction et sa convection.
Le principe zéro de la thermodynamique ou la loi zéro de la thermodynamique est présent lorsque deux corps en contact sont à la même température après avoir atteint l'équilibre thermique. Il est facile de comprendre que le corps le plus froid se réchauffe et le corps le plus chaud se refroidit, et ainsi le flux de chaleur net entre eux diminue à mesure que leur différence de température diminue.
"> Chargement…Première loi de la thermodynamique
Le premier principe de la thermodynamique est le principe de la conservation de l'énergie (proprement et conformément à la théorie de la relativité de la matière-énergie) selon lequel elle n'est ni créée ni détruite, bien qu'elle puisse être transformée d'une certaine manière à un autre.
La généralisation du principe énergétique permet d'affirmer que la variation de la force interne d'un système est la somme du travail effectué et transféré, un énoncé logique puisqu'il a été établi que le travail et la chaleur sont les moyens de transférer l'énergie et que ce n'est pas créer ou détruire.
L'énergie interne d'un système s'entend comme la somme des différentes énergies et de toutes les particules qui le composent, telles que: énergie cinétique de translation, rotation et vibration, énergie de liaison, cohésion, etc.
Le premier principe a parfois été énoncé comme l'impossibilité de l'existence du mobile perpétuel du premier type, c'est-à-dire la possibilité de produire du travail sans consommer d'énergie par aucune des manières dont il se manifeste.
Deuxième principe de la thermodynamique
Ce deuxième principe traite de l' irréversibilité des événements physiques, notamment lors d'un transfert thermique.
Un grand nombre de faits expérimentaux démontrent que les transformations qui se produisent naturellement ont un certain sens, sans jamais être observées, qu'elles se font spontanément en sens inverse.
Le deuxième principe de la thermodynamique est une généralisation de ce que l'expérience enseigne sur le sens dans lequel les transformations spontanées se produisent. Il prend en charge diverses formulations qui sont en fait équivalentes. Lord Kelvin, physicien et mathématicien britannique, l'a déclaré en ces termes en 1851 "Il est impossible d'effectuer la transformation dont le seul résultat est la conversion en travail de la chaleur extraite d'une seule source de température uniforme"
C'est l'une des lois les plus importantes de la thermodynamique en physique; Même s'ils peuvent être formulés de nombreuses manières, ils conduisent tous à l'explication du concept d'irréversibilité et de celui d'entropie. Le physicien et mathématicien allemand Rudolf Clausius a établi une inégalité qui est liée entre les températures d'un nombre arbitraire de sources thermiques et les quantités de chaleur absorbées par celles-ci, lorsqu'une substance passe par un processus cyclique, réversible ou irréversible, échangeant de la chaleur avec les sources.
Dans une centrale hydroélectrique, l'énergie électrique est produite à partir de l'énergie potentielle de l'eau de barrage. Cette puissance est transformée en énergie cinétique lorsque l'eau descend à travers les tuyaux et une petite partie de cette énergie cinétique est transformée en force cinétique de rotation d'une turbine, dont l'axe est solidaire de l'axe de l'inducteur d'un alternateur qui génère la force électrique.
Le premier principe de la thermodynamique nous permet de garantir que dans les changements d'une forme d'énergie à une autre il n'y a eu ni augmentation ni diminution de la puissance initiale, le second principe nous dit qu'une partie de cette énergie aura été tirée sous forme de chaleur.
Troisième principe de la thermodynamique
La troisième loi a été développée par le chimiste Walther Nernst au cours des années 1906-1912, c'est pourquoi elle est souvent appelée théorème de Nernst ou postulat de Nernst. Ce troisième principe de la thermodynamique dit que l'entropie d'un système zéro absolu est une constante définie. En effet, il existe un système à température nulle dans son état fondamental, de sorte que son entropie est déterminée par la dégénérescence de l'état fondamental. En 1912, Nernst a établi la loi ainsi: "Il est impossible par aucune procédure d'atteindre l'isotherme T = 0 en un nombre fini d'étapes"
Processus thermodynamiques
Dans le concept de thermodynamique, les processus sont les changements qui ont lieu dans un système et qui le font passer d'un état d'équilibre initial à un état d'équilibre final. Ceux-ci sont classés en fonction de la variable qui a été maintenue constante tout au long du processus.
Un processus peut se produire à partir de la fonte de la glace, jusqu'à l'allumage du mélange air-carburant pour effectuer le mouvement des pistons dans un moteur à combustion interne.
Il existe trois conditions qui peuvent varier dans un système thermodynamique: la température, le volume et la pression. Les processus thermodynamiques sont étudiés dans les gaz, car les liquides sont incompressibles et les changements de volume ne se produisent pas. De plus, en raison des températures élevées, les liquides se transforment en gaz. Dans les solides, les études thermodynamiques ne sont pas effectuées car incompressibles et il n'y a pas de travail mécanique sur eux.
Types de processus thermodynamiques
Ces processus sont classés selon leur approche, afin de maintenir constante l'une des variables, soit température, pression ou volume. De plus, d'autres critères sont appliqués, comme l'échange d'énergie et la modification de toutes ses variables.
Processus isotherme
Les processus isothermes sont tous ceux dans lesquels la température du système reste constante. Cela se fait en travaillant, de sorte que les autres variables (P et V) changent avec le temps.
Processus isobare
Le processus isobare est celui dans lequel la pression reste constante. La variation de température et de volume définira son évolution. Le volume peut changer librement lorsque la température change.
Processus isochoriques
Dans les processus isochoriques, le volume reste constant. Il peut également être considéré comme ceux dans lesquels le système ne génère aucun travail (W = 0).
Au fond, ce sont des phénomènes physiques ou chimiques qui sont étudiés à l'intérieur de n'importe quel récipient, que ce soit avec agitation ou non.
Processus adiabatique
Le processus adiabatique est ce processus thermodynamique dans lequel il n'y a pas d'échange de chaleur du système vers l'extérieur ou dans la direction opposée. Des exemples de ce type de procédé sont ceux qui peuvent être réalisés dans un thermos pour boissons.
"> Chargement…Exemples de processus thermodynamiques
- Un exemple de processus isochore: Le volume du gaz est maintenu constant. Lorsqu'un changement de température quelconque se produit, il s'accompagne d'un changement de pression. Comme c'est le cas avec la vapeur dans un autocuiseur, il augmente sa pression en se réchauffant.
- A titre d'exemple du procédé isotherme: La température du gaz reste constante. Lorsque le volume augmente, la pression diminue. Par exemple, un ballon dans une machine de fabrication sous vide augmente son volume lorsque le vide est créé.
- En ce qui concerne le procédé adiabatique: par exemple, la compression du piston dans une pompe de gonflage de pneu de bicyclette, ou la décompression rapide du piston d'une seringue, en la comprimant préalablement avec le trou de sortie bouché.
