1 • Les deux principes
de la thermodynamique
19
1.3 Le second principe
de la thermodynamique
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
1.3.1 Les énoncés du second principe
Plusieurs énoncés existent pour ce second principe, nous allons en présenter deux.
Énoncé original de Clausius − Cet énoncé postule « qu’il ne peut pas
s’effectuer, sans compensation, de passage de chaleur d’un corps froid à
un corps plus chaud ».
Énoncé de Lord Kelvin − « À l’aide d’un système qui décrit un cycle et
qui n’est en contact qu’avec une seule source de chaleur, il est impossible de recueillir du travail. »
Comme le premier principe, le second principe est un postulat qui n’est
pas démontré.
1.3.2 Théorème de Carnot
La notion de cycle réversible échangeant de la chaleur avec deux sources
de chaleur a été utilisée par Sadi Carnot pour introduire le second principe et surtout pour démontrer le théorème de Carnot : « Toutes les
machines thermiques dithermes réversibles fonctionnant entre deux
températures données T 1 et T 2 ont le même rendement. »
Avant d’aborder le théorème de Carnot, il est utile d’introduire la notion
de source de chaleur à température constante ainsi que la notion de cycle
ditherme. Dans les raisonnements suivants, nous allons considérer des
systèmes thermodynamiques fermés qui décrivent des cycles. Décrivant
des cycles, leur état initial et leur état final sont identiques. Au cours
d’un tel cycle, le système fermé échange uniquement de l’énergie avec
l’extérieur. L’énergie échangée comprend de l’énergie mécanique et de la
chaleur. Pour la chaleur, on comptabilise les différentes quantités de
chaleur échangées avec chaque source de chaleur. Les sources de chaleur
sont supposées être à température constante et pouvoir échanger toute
quantité de chaleur (> 0 ou < 0) avec un système thermodynamique.
Dans l’approche développée ici, nous supposerons de plus que les
échanges s’effectuent sans résistance thermique et donc sans différence
de température entre la source et le composant du système thermodynamique. Par ailleurs, un cycle ditherme est un cycle qui n’échange de la
www.biblio-scientifique.net
de la thermodynamique
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1.3 Le second principe
de la thermodynamique
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
1.3.1 Les énoncés du second principe
Plusieurs énoncés existent pour ce second principe, nous allons en présenter deux.
Énoncé original de Clausius − Cet énoncé postule « qu’il ne peut pas
s’effectuer, sans compensation, de passage de chaleur d’un corps froid à
un corps plus chaud ».
Énoncé de Lord Kelvin − « À l’aide d’un système qui décrit un cycle et
qui n’est en contact qu’avec une seule source de chaleur, il est impossible de recueillir du travail. »
Comme le premier principe, le second principe est un postulat qui n’est
pas démontré.
1.3.2 Théorème de Carnot
La notion de cycle réversible échangeant de la chaleur avec deux sources
de chaleur a été utilisée par Sadi Carnot pour introduire le second principe et surtout pour démontrer le théorème de Carnot : « Toutes les
machines thermiques dithermes réversibles fonctionnant entre deux
températures données T 1 et T 2 ont le même rendement. »
Avant d’aborder le théorème de Carnot, il est utile d’introduire la notion
de source de chaleur à température constante ainsi que la notion de cycle
ditherme. Dans les raisonnements suivants, nous allons considérer des
systèmes thermodynamiques fermés qui décrivent des cycles. Décrivant
des cycles, leur état initial et leur état final sont identiques. Au cours
d’un tel cycle, le système fermé échange uniquement de l’énergie avec
l’extérieur. L’énergie échangée comprend de l’énergie mécanique et de la
chaleur. Pour la chaleur, on comptabilise les différentes quantités de
chaleur échangées avec chaque source de chaleur. Les sources de chaleur
sont supposées être à température constante et pouvoir échanger toute
quantité de chaleur (> 0 ou < 0) avec un système thermodynamique.
Dans l’approche développée ici, nous supposerons de plus que les
échanges s’effectuent sans résistance thermique et donc sans différence
de température entre la source et le composant du système thermodynamique. Par ailleurs, un cycle ditherme est un cycle qui n’échange de la
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