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Physique statistique
Un système est isolé (ou fermé) s’il n’a pas d’interaction avec le reste de l’univers.
Il est ouvert dans le cas contraire. Un système véritablement fermé n’existe pas dans la
nature car tout corps interagit, même très faiblement, avec le milieu extérieur. Il en existe
néanmoins d’excellentes approximations lorsque l’interaction du corps avec le reste de
l’univers est suffisamment faible pour pouvoir être négligée.
Exemple. Un liquide contenu dans une bouteille thermos est une bonne approximation de système fermé : il n’échange ni travail, ni chaleur, ni matière avec le milieu extérieur pour autant
qu’on ne le considère que pendant un laps de temps inférieur à quelques heures. En effet, un tel
système n’est pas parfaitement isolé et échange une très faible quantité de chaleur avec le milieu
extérieur. Par conséquent, au bout d’un jour ou deux, le liquide se sera refroidi, ou réchauffé,
selon la température extérieure.
En physique, on essaie toujours de représenter des situations réelles par des modèles
que l’on peut plus facilement traiter mathématiquement et qui permettent de décrire les
phénomènes observés avec une bonne précision. Dans l’exemple précédent, l’approximation de système isolé est excellente si l’on considère le liquide pendant quelques
minutes. Elle est très mauvaise si on l’observe pendant plusieurs jours et il faut alors
traiter le liquide comme un système ouvert. En thermodynamique, on considère souvent
un système fermé constitué de deux sous-systèmes en interaction, séparés par une paroi.
Celle-ci est dite adiabatique si elle ne conduit pas la chaleur. Dans la pratique, on sait
réaliser des parois qui conduisent mal la chaleur et qui sont une bonne approximation
de paroi adiabatique : c’est le cas par exemple du vase Dewar constituant une bouteille
thermos. La laine de verre ou le feutre sont également de bons isolants thermiques utilisés à cette fin. Ces matériaux peuvent constituer d’excellentes parois adiabatiques si
l’on observe le système pendant un temps qui n’est pas trop long comparé au temps
nécessaire pour que les fuites thermiques deviennent importantes. Si la paroi séparant
les deux sous-systèmes conduit bien la chaleur, elle est dite diatherme. Une séparation
en cuivre est une bonne approximation de paroi diatherme. Ce matériau est d’ailleurs
souvent employé pour réaliser les semelles des casseroles devant être utilisées sur des
plaques électriques.
Les propriétés thermodynamiques d’un système sont décrites à l’aide d’un petit nombre de variables macroscopiques ou thermodynamiques. Ces paramètres, qui
peuvent être déterminés en effectuant des mesures à notre échelle, caractérisent l’état
d’un système macroscopique. Ce sont par exemple la température absolue T, la pression
P, le volume V, le nombre de particules N (ou le nombre de moles n = N/N , où N
est le nombre d’Avogadro, N = 6, 02 10 23 ). Pour décrire complètement l’état thermodynamique d’un système, il faut connaître la valeur d’un certain nombre de variables
macroscopiques. Nous appellerons état macroscopique ou macroétat la configuration
qui est associée à la valeur de ces paramètres. Un macroétat est donc complètement
déterminé du point de vue thermodynamique.
Exemple. Un gaz est dit parfait si l’interaction mutuelle entre les molécules qui le constituent est
négligeable. L’hélium à basse pression en est une bonne approximation. Nous pouvons décrire
complètement les propriétés thermodynamiques d’un gaz parfait avec quatre variables macroscopiques : T, P, V, et n. Il suffit toutefois d’en connaître trois pour pouvoir déterminer la quatrième
Physique statistique
Un système est isolé (ou fermé) s’il n’a pas d’interaction avec le reste de l’univers.
Il est ouvert dans le cas contraire. Un système véritablement fermé n’existe pas dans la
nature car tout corps interagit, même très faiblement, avec le milieu extérieur. Il en existe
néanmoins d’excellentes approximations lorsque l’interaction du corps avec le reste de
l’univers est suffisamment faible pour pouvoir être négligée.
Exemple. Un liquide contenu dans une bouteille thermos est une bonne approximation de système fermé : il n’échange ni travail, ni chaleur, ni matière avec le milieu extérieur pour autant
qu’on ne le considère que pendant un laps de temps inférieur à quelques heures. En effet, un tel
système n’est pas parfaitement isolé et échange une très faible quantité de chaleur avec le milieu
extérieur. Par conséquent, au bout d’un jour ou deux, le liquide se sera refroidi, ou réchauffé,
selon la température extérieure.
En physique, on essaie toujours de représenter des situations réelles par des modèles
que l’on peut plus facilement traiter mathématiquement et qui permettent de décrire les
phénomènes observés avec une bonne précision. Dans l’exemple précédent, l’approximation de système isolé est excellente si l’on considère le liquide pendant quelques
minutes. Elle est très mauvaise si on l’observe pendant plusieurs jours et il faut alors
traiter le liquide comme un système ouvert. En thermodynamique, on considère souvent
un système fermé constitué de deux sous-systèmes en interaction, séparés par une paroi.
Celle-ci est dite adiabatique si elle ne conduit pas la chaleur. Dans la pratique, on sait
réaliser des parois qui conduisent mal la chaleur et qui sont une bonne approximation
de paroi adiabatique : c’est le cas par exemple du vase Dewar constituant une bouteille
thermos. La laine de verre ou le feutre sont également de bons isolants thermiques utilisés à cette fin. Ces matériaux peuvent constituer d’excellentes parois adiabatiques si
l’on observe le système pendant un temps qui n’est pas trop long comparé au temps
nécessaire pour que les fuites thermiques deviennent importantes. Si la paroi séparant
les deux sous-systèmes conduit bien la chaleur, elle est dite diatherme. Une séparation
en cuivre est une bonne approximation de paroi diatherme. Ce matériau est d’ailleurs
souvent employé pour réaliser les semelles des casseroles devant être utilisées sur des
plaques électriques.
Les propriétés thermodynamiques d’un système sont décrites à l’aide d’un petit nombre de variables macroscopiques ou thermodynamiques. Ces paramètres, qui
peuvent être déterminés en effectuant des mesures à notre échelle, caractérisent l’état
d’un système macroscopique. Ce sont par exemple la température absolue T, la pression
P, le volume V, le nombre de particules N (ou le nombre de moles n = N/N , où N
est le nombre d’Avogadro, N = 6, 02 10 23 ). Pour décrire complètement l’état thermodynamique d’un système, il faut connaître la valeur d’un certain nombre de variables
macroscopiques. Nous appellerons état macroscopique ou macroétat la configuration
qui est associée à la valeur de ces paramètres. Un macroétat est donc complètement
déterminé du point de vue thermodynamique.
Exemple. Un gaz est dit parfait si l’interaction mutuelle entre les molécules qui le constituent est
négligeable. L’hélium à basse pression en est une bonne approximation. Nous pouvons décrire
complètement les propriétés thermodynamiques d’un gaz parfait avec quatre variables macroscopiques : T, P, V, et n. Il suffit toutefois d’en connaître trois pour pouvoir déterminer la quatrième