CHAPITRE 21 – SYSTÈME THERMODYNAMIQUE À L’ÉQUILIBRE
3 Équilibre thermodynamique
3.1 Définition
Tout système thermodynamique abandonné à lui-même tend vers un état d’équilibre dans
lequel ses variables d’état ne changent plus.
Un système thermodynamique à l’équilibre est un système dont les variables d’état
sont toutes définies et constantes dans le temps.
3.2 Équilibre thermodynamique local
Il arrive qu’un système Σ soumis à une contrainte externe atteigne un état stationnaire (c’està-dire invariable dans le temps) mais dans lequel un paramètre d’état intensif Y n’est pas
homogène (sa valeur dépend du point du système où on le mesure). Dans ce cas on ne peut
pas attribuer une valeur à Y pour le système Σ et donc Σ n’est pas un système à l’équilibre.
Cependant on peut diviser Σ en volumes mésoscopiques pour lesquels Y a une valeur bien
déterminée : il suffit que la taille des volumes
méscoscopiques soit très inférieure à la distance caractéristique de variation de Y . Ceci
permet de définir Y (M), valeur locale de Y en
un point M du système.
On fait de plus l’hypothèse d’équilibre thermodynamique local selon laquelle ces volumes mésoscopiques sont quasiment des systèmes thermodynamiques à l’équilibre.
Le système hors d’équilibre Σ peut être dès
lors être décrit comme une réunion de systèmes thermodynamiques à l’équilibre.
M 1
dτ 1
M 2
dτ 2
Σ
Figure 21.6 – Y (M 1 ) = Y (M 2 )
donc Σ n’est pas un système à
l’équilibre, mais dτ 1 et dτ 2 sont des
systèmes à l’équilibre.
3.3 Conditions d’équilibre
L’équilibre thermodynamique d’un système implique que soient réalisées les trois conditions
d’équilibre suivantes :
• la condition d’équilibre mécanique,
• la condition d’équilibre thermique,
• la condition d’équilibre de diffusion.
a) Équilibre mécanique
La condition d’équilibre mécanique suppose l’absence de tout mouvement macroscopique de
matière dans le système.
Elle impose aussi que la somme des forces appliquées soit nulle sur toutes les parties mobiles
dans le système et à la frontière du système.
Par exemple, les forces appliquées sur une paroi mobile de surface S séparant deux gaz de
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3 Équilibre thermodynamique
3.1 Définition
Tout système thermodynamique abandonné à lui-même tend vers un état d’équilibre dans
lequel ses variables d’état ne changent plus.
Un système thermodynamique à l’équilibre est un système dont les variables d’état
sont toutes définies et constantes dans le temps.
3.2 Équilibre thermodynamique local
Il arrive qu’un système Σ soumis à une contrainte externe atteigne un état stationnaire (c’està-dire invariable dans le temps) mais dans lequel un paramètre d’état intensif Y n’est pas
homogène (sa valeur dépend du point du système où on le mesure). Dans ce cas on ne peut
pas attribuer une valeur à Y pour le système Σ et donc Σ n’est pas un système à l’équilibre.
Cependant on peut diviser Σ en volumes mésoscopiques pour lesquels Y a une valeur bien
déterminée : il suffit que la taille des volumes
méscoscopiques soit très inférieure à la distance caractéristique de variation de Y . Ceci
permet de définir Y (M), valeur locale de Y en
un point M du système.
On fait de plus l’hypothèse d’équilibre thermodynamique local selon laquelle ces volumes mésoscopiques sont quasiment des systèmes thermodynamiques à l’équilibre.
Le système hors d’équilibre Σ peut être dès
lors être décrit comme une réunion de systèmes thermodynamiques à l’équilibre.
M 1
dτ 1
M 2
dτ 2
Σ
Figure 21.6 – Y (M 1 ) = Y (M 2 )
donc Σ n’est pas un système à
l’équilibre, mais dτ 1 et dτ 2 sont des
systèmes à l’équilibre.
3.3 Conditions d’équilibre
L’équilibre thermodynamique d’un système implique que soient réalisées les trois conditions
d’équilibre suivantes :
• la condition d’équilibre mécanique,
• la condition d’équilibre thermique,
• la condition d’équilibre de diffusion.
a) Équilibre mécanique
La condition d’équilibre mécanique suppose l’absence de tout mouvement macroscopique de
matière dans le système.
Elle impose aussi que la somme des forces appliquées soit nulle sur toutes les parties mobiles
dans le système et à la frontière du système.
Par exemple, les forces appliquées sur une paroi mobile de surface S séparant deux gaz de
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