428 Chapitre 16
Système thermodynamique à l’équilibre
• Système ouvert : système à la frontière duquel les échanges de matière et d’énergie
avec l’extérieur sont possibles.
• Système fermé : système à la frontière duquel les échanges d’énergie avec l’extérieur
sont possibles mais pas les échanges de matière.
• Système isolé : système à la frontière duquel aucun échange avec l’extérieur n’est
possible, ni d’énergie ni de matière.
Définition : Système ouvert, système fermé et système isolé
Quel(s) adjectif(s) associer à l’eau contenue dans notre casserole ?
L’eau liquide de la casserole constitue un système ouvert puisque de la vapeur d’eau peut s’échapper
par la surface du liquide en contact avec l’air. Néanmoins, tant que cette évaporation est négligeable,
on peut l’assimiler à un système fermé. Par ailleurs, le système reçoit une énergie par transfert
thermique à travers les parois de la casserole lorsqu’on pose celle-ci sur une plaque chauffante. Il
n’est donc pas isolé. Un exemple de système fermé isolé est le contenu d’une bouteille thermos
hermétiquement fermée et parfaitement calorifugée, ne permettant pas de transfert thermique.
• Échelle macroscopique : échelle correspondant au domaine observable expérimentalement à l’œil nu. À cette échelle la matière paraît continue. Distance caractéristique :
supérieure au millimètre.
• Échelle microscopique : échelle correspondant aux particules (atomes et molécules)
constituant la matière. À cette échelle la matière est discontinue. Distance caractéristique : le nanomètre.
Définition : Échelles d’étude
Un système macroscopique, qu’il soit solide, liquide ou gazeux, contient un très grand nombre de
particules.
Quel est le nombre de particules contenues dans la casserole de cuivre, dans
1 L d’eau liquide et dans 1 L d’air, dans les conditions de température et de pression
usuelles ? Quel est alors pour chaque cas le nombre de particules par unité de volume ?
• Pour la casserole de cuivre : on connaît sa masse m c = 1,3 kg et la masse molaire du cuivre
M Cu = 63,5 g · mol
−1 . Elle comporte donc N cu = N A m c /M Cu = 1,2 · 10
25 atomes. Sa
densité atomique est alors n
∗
Cu = 8,5 · 10
28 m
−3 .
• Pour l’eau liquide : sa masse molaire et sa masse volumique valent M e = 18 g · mol
−1 et
ρ e = 1,0 · 10
3 kg · m
−3 . Un volume V e = 1,0 · 10
−3 m
3 contient N e = ρ e V N A /M e = 3,3 · 10
25
molécules. Sa densité moléculaires vaut alors n
∗
e = 3,3 · 10
28 m
−3 .
• Pour l’air contenu dans un volume de 1,0 L et assimilé à un gaz parfait constitué de 80%
de diazote et de 20% de dioxygène, en prenant P 0 = 1,0 · 10
5 Pa et T = 25
◦ C = 298 K, on
obtient N = N A
P 0 V
RT
= 2,4 · 10
22 molécules et une densité moléculaire n
∗
a = 2,4 · 10
25 m
−3 .
Quel que soit l’état physique de la matière, le nombre de particules dans un système macroscopique
est donc extrêmement grand. À cette échelle, l’hypothèse de continuité de la matière est donc très
largement vérifiée.
partagelivrescpge.blogspot.com
Système thermodynamique à l’équilibre
• Système ouvert : système à la frontière duquel les échanges de matière et d’énergie
avec l’extérieur sont possibles.
• Système fermé : système à la frontière duquel les échanges d’énergie avec l’extérieur
sont possibles mais pas les échanges de matière.
• Système isolé : système à la frontière duquel aucun échange avec l’extérieur n’est
possible, ni d’énergie ni de matière.
Définition : Système ouvert, système fermé et système isolé
Quel(s) adjectif(s) associer à l’eau contenue dans notre casserole ?
L’eau liquide de la casserole constitue un système ouvert puisque de la vapeur d’eau peut s’échapper
par la surface du liquide en contact avec l’air. Néanmoins, tant que cette évaporation est négligeable,
on peut l’assimiler à un système fermé. Par ailleurs, le système reçoit une énergie par transfert
thermique à travers les parois de la casserole lorsqu’on pose celle-ci sur une plaque chauffante. Il
n’est donc pas isolé. Un exemple de système fermé isolé est le contenu d’une bouteille thermos
hermétiquement fermée et parfaitement calorifugée, ne permettant pas de transfert thermique.
• Échelle macroscopique : échelle correspondant au domaine observable expérimentalement à l’œil nu. À cette échelle la matière paraît continue. Distance caractéristique :
supérieure au millimètre.
• Échelle microscopique : échelle correspondant aux particules (atomes et molécules)
constituant la matière. À cette échelle la matière est discontinue. Distance caractéristique : le nanomètre.
Définition : Échelles d’étude
Un système macroscopique, qu’il soit solide, liquide ou gazeux, contient un très grand nombre de
particules.
Quel est le nombre de particules contenues dans la casserole de cuivre, dans
1 L d’eau liquide et dans 1 L d’air, dans les conditions de température et de pression
usuelles ? Quel est alors pour chaque cas le nombre de particules par unité de volume ?
• Pour la casserole de cuivre : on connaît sa masse m c = 1,3 kg et la masse molaire du cuivre
M Cu = 63,5 g · mol
−1 . Elle comporte donc N cu = N A m c /M Cu = 1,2 · 10
25 atomes. Sa
densité atomique est alors n
∗
Cu = 8,5 · 10
28 m
−3 .
• Pour l’eau liquide : sa masse molaire et sa masse volumique valent M e = 18 g · mol
−1 et
ρ e = 1,0 · 10
3 kg · m
−3 . Un volume V e = 1,0 · 10
−3 m
3 contient N e = ρ e V N A /M e = 3,3 · 10
25
molécules. Sa densité moléculaires vaut alors n
∗
e = 3,3 · 10
28 m
−3 .
• Pour l’air contenu dans un volume de 1,0 L et assimilé à un gaz parfait constitué de 80%
de diazote et de 20% de dioxygène, en prenant P 0 = 1,0 · 10
5 Pa et T = 25
◦ C = 298 K, on
obtient N = N A
P 0 V
RT
= 2,4 · 10
22 molécules et une densité moléculaire n
∗
a = 2,4 · 10
25 m
−3 .
Quel que soit l’état physique de la matière, le nombre de particules dans un système macroscopique
est donc extrêmement grand. À cette échelle, l’hypothèse de continuité de la matière est donc très
largement vérifiée.
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