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Physique statistique
un temps suffisamment court pour que le piston se déplace à peine, mais suffisamment long pour
qu’il y ait équilibre thermique à chaque instant, tout se passe comme si nous avions affaire à un
état d’équilibre du système avec contrainte sur le volume.
Nous avons déjà rappelé l’existence de deux formes de transfert d’énergie : le travail et
la chaleur. Sans trop anticiper sur le reste du cours, nous ferons les remarques suivantes :
• Le travail mécanique est un transfert d’énergie à l’échelle macroscopique. Si l’interaction de deux systèmes se traduit par un changement des paramètres macroscopiques
autres que la température, on dit qu’il y a échange d’une quantité de travail W. Ainsi, le
travail est d’origine mécanique si le paramètre macroscopique qui varie est le volume.
Pour qu’il n’y ait qu’un échange de travail entre deux systèmes, il faut qu’ils soient séparés par une paroi adiabatique qui prévient tout échange de chaleur.
• Un échange de chaleur est un transfert d’énergie à l’échelle microscopique. Si l’interaction entre deux systèmes se traduit par un changement de température à l’exclusion
de tout changement des autres variables macroscopiques, on dit qu’il y a échange d’une
quantité de chaleur Q. Cet échange cesse lorsque l’on a atteint l’équilibre thermique et
les températures sont alors égales. L’unité de travail ou de chaleur est le Joule (J). Pour
les échanges de chaleur, on emploie parfois la calorie. C’est la quantité de chaleur nécessaire pour augmenter la température d’un gramme d’eau sous une atmosphère de 14,5 ◦ C
à 15,5 ◦ C (1 calorie = 4,18 J). Pour maintenir constante la température d’un système, on
a souvent recours à un thermostat. C’est un réservoir de chaleur suffisamment grand
pour que tout échange de chaleur avec le système considéré ne change pratiquement pas
sa température.
Un système est homogène si, en l’absence de champ extérieur, la concentration de ses
constituants est la même en tout point. Dans le cas contraire il est dit hétérogène (c’est
par exemple le cas d’un mélange de pierres et d’eau). On peut toujours séparer un système hétérogène en plusieurs systèmes homogènes dont on peut étudier les propriétés et
les interactions.
Si un système homogène est placé dans un champ extérieur, comme le champ de
pesanteur par exemple, la concentration de ses constituants peut varier d’un point à un
autre mais reste une fonction continue de la position. Ainsi, nous savons que la densité
de l’air diminue lorsque l’altitude augmente.
Pour caractériser un système homogène composé de r constituants, contenus dans
un volume V, il faut connaître le nombre de moles respectives de chacun d’eux :
n 1 , n 2 , n 3 , ...., n r . Considérons deux systèmes identiques et supposons qu’on les réunisse
pour qu’ils n’en forment qu’un. Le volume de ce nouveau système sera 2V et les
nombres de moles deviendront 2n 1 , 2n 2 , ..., 2n r . Toute quantité thermodynamique dont
la valeur reste inchangée après cette opération est qualifiée de grandeur intensive. Si
sa valeur est mutipliée par deux, c’est une grandeur extensive. Pour un système à un
constituant, une variable intensive ne dépend pas de la masse de celui-ci, alors qu’elle
lui est proportionnelle si cette variable est extensive. La pression et la température sont
deux variables intensives alors que le volume et l’énergie sont des quantités extensives.
Physique statistique
un temps suffisamment court pour que le piston se déplace à peine, mais suffisamment long pour
qu’il y ait équilibre thermique à chaque instant, tout se passe comme si nous avions affaire à un
état d’équilibre du système avec contrainte sur le volume.
Nous avons déjà rappelé l’existence de deux formes de transfert d’énergie : le travail et
la chaleur. Sans trop anticiper sur le reste du cours, nous ferons les remarques suivantes :
• Le travail mécanique est un transfert d’énergie à l’échelle macroscopique. Si l’interaction de deux systèmes se traduit par un changement des paramètres macroscopiques
autres que la température, on dit qu’il y a échange d’une quantité de travail W. Ainsi, le
travail est d’origine mécanique si le paramètre macroscopique qui varie est le volume.
Pour qu’il n’y ait qu’un échange de travail entre deux systèmes, il faut qu’ils soient séparés par une paroi adiabatique qui prévient tout échange de chaleur.
• Un échange de chaleur est un transfert d’énergie à l’échelle microscopique. Si l’interaction entre deux systèmes se traduit par un changement de température à l’exclusion
de tout changement des autres variables macroscopiques, on dit qu’il y a échange d’une
quantité de chaleur Q. Cet échange cesse lorsque l’on a atteint l’équilibre thermique et
les températures sont alors égales. L’unité de travail ou de chaleur est le Joule (J). Pour
les échanges de chaleur, on emploie parfois la calorie. C’est la quantité de chaleur nécessaire pour augmenter la température d’un gramme d’eau sous une atmosphère de 14,5 ◦ C
à 15,5 ◦ C (1 calorie = 4,18 J). Pour maintenir constante la température d’un système, on
a souvent recours à un thermostat. C’est un réservoir de chaleur suffisamment grand
pour que tout échange de chaleur avec le système considéré ne change pratiquement pas
sa température.
Un système est homogène si, en l’absence de champ extérieur, la concentration de ses
constituants est la même en tout point. Dans le cas contraire il est dit hétérogène (c’est
par exemple le cas d’un mélange de pierres et d’eau). On peut toujours séparer un système hétérogène en plusieurs systèmes homogènes dont on peut étudier les propriétés et
les interactions.
Si un système homogène est placé dans un champ extérieur, comme le champ de
pesanteur par exemple, la concentration de ses constituants peut varier d’un point à un
autre mais reste une fonction continue de la position. Ainsi, nous savons que la densité
de l’air diminue lorsque l’altitude augmente.
Pour caractériser un système homogène composé de r constituants, contenus dans
un volume V, il faut connaître le nombre de moles respectives de chacun d’eux :
n 1 , n 2 , n 3 , ...., n r . Considérons deux systèmes identiques et supposons qu’on les réunisse
pour qu’ils n’en forment qu’un. Le volume de ce nouveau système sera 2V et les
nombres de moles deviendront 2n 1 , 2n 2 , ..., 2n r . Toute quantité thermodynamique dont
la valeur reste inchangée après cette opération est qualifiée de grandeur intensive. Si
sa valeur est mutipliée par deux, c’est une grandeur extensive. Pour un système à un
constituant, une variable intensive ne dépend pas de la masse de celui-ci, alors qu’elle
lui est proportionnelle si cette variable est extensive. La pression et la température sont
deux variables intensives alors que le volume et l’énergie sont des quantités extensives.