Chapitre 8 • Les deux principes de la thermodynamique
8.2 LE SECOND PRINCIPE DE LA THERMODYNAMIQUE
Certaines transformations satisfaisant le premier principe (équivalentes en termes énergétiques) ne se réalisent pas en réalité. Ainsi, la chaleur passe toujours spontanément
(évolution naturelle pas obligatoirement brutale ou rapide, sans intervention extérieure,
en particulier sans apport d’énergie) d’un corps chaud vers un corps froid, jamais l’inverse. De même, si l’on met en communication une bouteille remplie de gaz et une autre
bouteille vide, le gaz occupe très vite la totalité du volume offert, jamais l’inverse. Enfin,
lors du freinage d’un véhicule, la température des freins s’élève. En revanche, il n’est
pas possible de faire avancer le véhicule en chauffant les freins...
En d’autres termes, le premier principe ne tient pas compte de l’irréversibilité du
temps et il est nécessaire d’introduire un second principe pour permettre la prévision de
l’état d’équilibre final d’un système évoluant librement.
8.2.1 Transformations irréversibles
Considérons une enveloppe isolée constituée de deux compartiments séparés par une
cloison. Chaque compartiment contient un système simple dont les conditions initiales
sont connues. La cloison représente une contrainte qui empêche tout échange entre les
deux systèmes. La suppression de la contrainte va autoriser chaque système à évoluer
librement vers un nouvel état d’équilibre si bien que l’on ne peut pas connaître les états
d’équilibre intermédiaires (par exemple : mélange de liquides miscibles, détente d’un
gaz dans le vide, réactions chimiques en général...).
Définition
Les transformations, où seuls les états initial et final sont connus, sont dites irréversibles car elles ne peuvent pas revenir à l’état initial en repassant par les mêmes
états intermédiaires.
8.2.2 Entropie d’un système
Pour un système mécanique, les états d’équilibre stable correspondent aux minimums
de la fonction « énergie potentielle ». La construction d’une telle fonction en thermodynamique a abouti à la notion d’entropie où les états d’équilibres thermodynamiques
correspondent aux maximums de la fonction « entropie ».
Définition
À tout système est associée une fonction appelée entropie, notée S, dont la variation
ne dépend que des transferts thermiques avec le milieu extérieur.
Pour une transformation réversible, elle s’exprime par : dS =
dQ rév
T
Pour une transformation irréversible, on a : dS >
dQ irrév
T
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“Gautron_9782100543007” (Col. : ScienceSup3-193x250) — 2010/6/15 — 17:13 — page 168 — #178
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8.2 LE SECOND PRINCIPE DE LA THERMODYNAMIQUE
Certaines transformations satisfaisant le premier principe (équivalentes en termes énergétiques) ne se réalisent pas en réalité. Ainsi, la chaleur passe toujours spontanément
(évolution naturelle pas obligatoirement brutale ou rapide, sans intervention extérieure,
en particulier sans apport d’énergie) d’un corps chaud vers un corps froid, jamais l’inverse. De même, si l’on met en communication une bouteille remplie de gaz et une autre
bouteille vide, le gaz occupe très vite la totalité du volume offert, jamais l’inverse. Enfin,
lors du freinage d’un véhicule, la température des freins s’élève. En revanche, il n’est
pas possible de faire avancer le véhicule en chauffant les freins...
En d’autres termes, le premier principe ne tient pas compte de l’irréversibilité du
temps et il est nécessaire d’introduire un second principe pour permettre la prévision de
l’état d’équilibre final d’un système évoluant librement.
8.2.1 Transformations irréversibles
Considérons une enveloppe isolée constituée de deux compartiments séparés par une
cloison. Chaque compartiment contient un système simple dont les conditions initiales
sont connues. La cloison représente une contrainte qui empêche tout échange entre les
deux systèmes. La suppression de la contrainte va autoriser chaque système à évoluer
librement vers un nouvel état d’équilibre si bien que l’on ne peut pas connaître les états
d’équilibre intermédiaires (par exemple : mélange de liquides miscibles, détente d’un
gaz dans le vide, réactions chimiques en général...).
Définition
Les transformations, où seuls les états initial et final sont connus, sont dites irréversibles car elles ne peuvent pas revenir à l’état initial en repassant par les mêmes
états intermédiaires.
8.2.2 Entropie d’un système
Pour un système mécanique, les états d’équilibre stable correspondent aux minimums
de la fonction « énergie potentielle ». La construction d’une telle fonction en thermodynamique a abouti à la notion d’entropie où les états d’équilibres thermodynamiques
correspondent aux maximums de la fonction « entropie ».
Définition
À tout système est associée une fonction appelée entropie, notée S, dont la variation
ne dépend que des transferts thermiques avec le milieu extérieur.
Pour une transformation réversible, elle s’exprime par : dS =
dQ rév
T
Pour une transformation irréversible, on a : dS >
dQ irrév
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