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Les fonctions d'état
Lorsqu'on effectue une expérience de thermodynamique, on choisit généralement de
ne travailler que sur une partie de l'univers qu' on essaie d' isoler de toute perturbation
extérieure. Cette partie de l'univers est appelée système. Le reste de l'univers, dont les
propriétés ne sont pas d'un intérêt immédiat, s'appelle environnement.
- Si le système est ouvert, il peut y avoir des échanges de matière et de chaleur entre
le système et l'environnement ;
- Si le système est fermé, il n'y a que des échanges de chaleur;
- Si le système est isolé, il n'y a ni échange de matière, ni échange de chaleur.
La figure ci-dessous illustre ces trois concepts :
Vapeur d'eau
T = 25 °C
ext
I;;q = 50 °C
Chaleur
Ouvert
Fermé
Paroi_
isolante
Iso lé
La description des systèmes thermodynamiques se fait en donnant des valeurs à certaines
grandeurs, appelées fonctions d'état. Une fonction d'état caractérise une propriété d' un
système qui prend une valeur définie pour chaque état, quelle que soit la façon dont cet
état est atteint. Ainsi, dans un système, lors d'un changement d'état, les changements de
fonction d'état ne dépendent que de l'état final et de l'état initial, et non de la façon dont
le changement s'accomplit pour passer de l'un à l' autre.
Considérons l'analogie suivante : la distance entre deux points sur Terre est une valeur
définie, fixe et constante, qui peut être déterminée par les coordonnées GPS de ces deux
points. Mais, la distance parcourue par une personne voyageant entre ces deux points va
dépendre de la route empruntée. La distance entre deux points est une fonction d'état, la
distance parcourue n'en est pas une.
En thermodynamique, les grandeurs qui permettent de caractériser un système (comme
la pression, le volume et la température) sont des fonctions d'état.
Exemple : Lors du passage d'un gaz parfait de ?initiale = 1 atm, Vinitial = 22,41 L
et Tinjtiale = 273, 15 K à un état final dans lequel ?finale= 10 atm, Vfinal = 4,40 L
et Tfinale = 546, 15 K, on montre que :
!3.P = P finale - ?initiale = 10 - l = 9 atm
11 V= V final - Vinitial = 4,40 - 22,41 = - 18,0 L
!3.T = Tfinale - Tinitiale = 546, 15 - 273, 15 = 273,00 K
Cela signifie que pour ces trois fonctions, la façon dont s' est effectué le changement,
n'a pas d'importance puisqu'elle n'est pas prise en compte.
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Les fonctions d'état
Lorsqu'on effectue une expérience de thermodynamique, on choisit généralement de
ne travailler que sur une partie de l'univers qu' on essaie d' isoler de toute perturbation
extérieure. Cette partie de l'univers est appelée système. Le reste de l'univers, dont les
propriétés ne sont pas d'un intérêt immédiat, s'appelle environnement.
- Si le système est ouvert, il peut y avoir des échanges de matière et de chaleur entre
le système et l'environnement ;
- Si le système est fermé, il n'y a que des échanges de chaleur;
- Si le système est isolé, il n'y a ni échange de matière, ni échange de chaleur.
La figure ci-dessous illustre ces trois concepts :
Vapeur d'eau
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Chaleur
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La description des systèmes thermodynamiques se fait en donnant des valeurs à certaines
grandeurs, appelées fonctions d'état. Une fonction d'état caractérise une propriété d' un
système qui prend une valeur définie pour chaque état, quelle que soit la façon dont cet
état est atteint. Ainsi, dans un système, lors d'un changement d'état, les changements de
fonction d'état ne dépendent que de l'état final et de l'état initial, et non de la façon dont
le changement s'accomplit pour passer de l'un à l' autre.
Considérons l'analogie suivante : la distance entre deux points sur Terre est une valeur
définie, fixe et constante, qui peut être déterminée par les coordonnées GPS de ces deux
points. Mais, la distance parcourue par une personne voyageant entre ces deux points va
dépendre de la route empruntée. La distance entre deux points est une fonction d'état, la
distance parcourue n'en est pas une.
En thermodynamique, les grandeurs qui permettent de caractériser un système (comme
la pression, le volume et la température) sont des fonctions d'état.
Exemple : Lors du passage d'un gaz parfait de ?initiale = 1 atm, Vinitial = 22,41 L
et Tinjtiale = 273, 15 K à un état final dans lequel ?finale= 10 atm, Vfinal = 4,40 L
et Tfinale = 546, 15 K, on montre que :
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Cela signifie que pour ces trois fonctions, la façon dont s' est effectué le changement,
n'a pas d'importance puisqu'elle n'est pas prise en compte.