430 Chapitre 16
Système thermodynamique à l’équilibre
Un système est dit en équilibre macroscopique si, à la fois :
• tous ses paramètres d’état sont constants au cours du temps ;
• il n’échange ni énergie ni matière avec l’extérieur à l’échelle macroscopique.
Définition : Équilibre macroscopique d’un système
À l’échelle microscopique, les particules d’un système à l’équilibre sont en permanence en mouvement (agitation moléculaire). Bien que les échanges avec l’extérieur soient nuls à l’échelle macroscopique, il peut y avoir des échanges à l’échelle microscopique, lorsque ceux-ci sont permis par les
conditions aux frontières.
L’équation d’état d’un système en équilibre macroscopique est l’équation reliant ses différents
paramètres d’état.
Définition : Équation d’état
Par exemple, un système constitué d’un gaz parfait en équilibre vérifie l’équation d’état P V = nRT
où V est son volume en m
3 , P la pression en Pa, T la température en K, n la quantité de matière
en mol et R la constante des gaz parfaits.
2 Changement d’état
Reprenons notre contexte et imaginons qu’un montagnard chauffe un bloc de glace pour obtenir
son eau de cuisson et la porter ensuite à ébullition.
Nous avons réalisé l’expérience présentée sur la figure 16.1, dans laquelle une masse de 35 g de glace
pilée est chauffée à la pression atmosphérique. La colonne réfrigérante provoque la condensation de
la vapeur d’eau qui s’échappe du ballon. L’eau contenue dans le ballon constitue donc pratiquement
un système fermé à la pression P = 1,0 bar = 10
5 Pa.
A/N T
Chauffe ballon
Réfrigérant
Thermomètre
0
200
400
600
800
1000
t (s)
0
20
40
60
80
100
T (
◦
C)
Fin de la fusion
Ebullition
Eau
Figure 16.1. Expérience permettant d’obtenir la courbe d’évolution temporelle de la
température lors d’un chauffage à puissance constante.
Pendant une grande partie de la fusion (t < 200 s), la température de l’eau reste égale à 0
◦ C.
Lorsqu’elle est en ébullition (t > 800 s), sa température reste égale à 100
◦ C. Dans le cas idéal où
le système resterait en permanence très proche de l’équilibre pendant les changements d’état, on
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Système thermodynamique à l’équilibre
Un système est dit en équilibre macroscopique si, à la fois :
• tous ses paramètres d’état sont constants au cours du temps ;
• il n’échange ni énergie ni matière avec l’extérieur à l’échelle macroscopique.
Définition : Équilibre macroscopique d’un système
À l’échelle microscopique, les particules d’un système à l’équilibre sont en permanence en mouvement (agitation moléculaire). Bien que les échanges avec l’extérieur soient nuls à l’échelle macroscopique, il peut y avoir des échanges à l’échelle microscopique, lorsque ceux-ci sont permis par les
conditions aux frontières.
L’équation d’état d’un système en équilibre macroscopique est l’équation reliant ses différents
paramètres d’état.
Définition : Équation d’état
Par exemple, un système constitué d’un gaz parfait en équilibre vérifie l’équation d’état P V = nRT
où V est son volume en m
3 , P la pression en Pa, T la température en K, n la quantité de matière
en mol et R la constante des gaz parfaits.
2 Changement d’état
Reprenons notre contexte et imaginons qu’un montagnard chauffe un bloc de glace pour obtenir
son eau de cuisson et la porter ensuite à ébullition.
Nous avons réalisé l’expérience présentée sur la figure 16.1, dans laquelle une masse de 35 g de glace
pilée est chauffée à la pression atmosphérique. La colonne réfrigérante provoque la condensation de
la vapeur d’eau qui s’échappe du ballon. L’eau contenue dans le ballon constitue donc pratiquement
un système fermé à la pression P = 1,0 bar = 10
5 Pa.
A/N T
Chauffe ballon
Réfrigérant
Thermomètre
0
200
400
600
800
1000
t (s)
0
20
40
60
80
100
T (
◦
C)
Fin de la fusion
Ebullition
Eau
Figure 16.1. Expérience permettant d’obtenir la courbe d’évolution temporelle de la
température lors d’un chauffage à puissance constante.
Pendant une grande partie de la fusion (t < 200 s), la température de l’eau reste égale à 0
◦ C.
Lorsqu’elle est en ébullition (t > 800 s), sa température reste égale à 100
◦ C. Dans le cas idéal où
le système resterait en permanence très proche de l’équilibre pendant les changements d’état, on
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