II. La pnysique statistique
1. L'entropie statistique
La thermodynamique introduit une nouvelle grandeur, l'entropie, dont les propriétés, issues de l'observation puis érigées sous forme de principe, déterminent le
sens de l'évolution des systèmes réels ainsi que leurs états d'équilibre. Mais il est
difficile de se rendre compte de ce que représente physiquement cette nouvelle
quantité et donc de comprendre réellement pourquoi l'état d'équilibre de tout système isolé est défini par le maximum de son entropie. Si l'état d'équilibre d'un
système physique correspond au fait qu'en chacun de ses points, les grandeurs
intensives prennent la même valeur, c'est que les grandeurs extensives se sont
réparties le plus uniformément possible dans tout le système au lieu de rester (potentiellement) groupées (ordonnées) dans certaines régions de l'espace. Dans ce
sens, l'entropie peut être vue comme une mesure du« désordre» qui semble donc
caractériser l'état le plus probable de tout système. Pour s'en convaincre
d'avantage, considérons par exemple un gaz caractérisé par un volume V, une
énergie interne U et un nombre de particules N. Même si les valeurs de ces grandeurs extensives restent fixes, il est tout à fait possible qu'à un instant donné, toutes les molécules se retrouvent groupées à gauche du volume V (figure la) ou
soient beaucoup plus dispersées dans ce volume (figure 1 b ) .
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(a)
(b)
Figure 1.
Compte tenu du mouvement aléatoire des particules dans le volume V, on sent
intuitivement que la configuration spatiale (b) est beaucoup plus probable. Cepen-
1. L'entropie statistique
La thermodynamique introduit une nouvelle grandeur, l'entropie, dont les propriétés, issues de l'observation puis érigées sous forme de principe, déterminent le
sens de l'évolution des systèmes réels ainsi que leurs états d'équilibre. Mais il est
difficile de se rendre compte de ce que représente physiquement cette nouvelle
quantité et donc de comprendre réellement pourquoi l'état d'équilibre de tout système isolé est défini par le maximum de son entropie. Si l'état d'équilibre d'un
système physique correspond au fait qu'en chacun de ses points, les grandeurs
intensives prennent la même valeur, c'est que les grandeurs extensives se sont
réparties le plus uniformément possible dans tout le système au lieu de rester (potentiellement) groupées (ordonnées) dans certaines régions de l'espace. Dans ce
sens, l'entropie peut être vue comme une mesure du« désordre» qui semble donc
caractériser l'état le plus probable de tout système. Pour s'en convaincre
d'avantage, considérons par exemple un gaz caractérisé par un volume V, une
énergie interne U et un nombre de particules N. Même si les valeurs de ces grandeurs extensives restent fixes, il est tout à fait possible qu'à un instant donné, toutes les molécules se retrouvent groupées à gauche du volume V (figure la) ou
soient beaucoup plus dispersées dans ce volume (figure 1 b ) .
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Compte tenu du mouvement aléatoire des particules dans le volume V, on sent
intuitivement que la configuration spatiale (b) est beaucoup plus probable. Cepen-