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3 • Le point de vue thermodynamique
3.1 POSTULATS DE LA THERMODYNAMIQUE
Les objets électromécaniques étudiés sont des systèmes macroscopiques fermés
(i.e. qui n’échangent pas de matière avec le milieu extérieur) capables d’assurer un
transfert d’énergie entre des sources de nature électromagnétique, mécanique ou thermique.
Ce transfert suppose la mise en jeu d’un ou plusieurs phénomènes d’interaction
électro-magnéto-mécanique. Dans le contexte de la thermodynamique classique, un
tel système est caractérisé par un ensemble de paramètres macroscopiques de natures
scalaire, vectorielle ou tensorielle. Les paramètres macroscopiques externes, ou paramètres observables, sont directement déterminés par la position, au sens large, des
corps extérieurs (volume, allongement, charge électrique). Les paramètres internes
(1)
sont liés à la position et au mouvement des sous-ensembles constituant le système
(pression, énergie, aimantation). Les paramètres internes sont dits intensifs lorsqu’ils
sont indépendant de la quantité de matière ou de particules mises en jeu (température,
champ électrique, etc.). Ils sont qualifiés d’extensifs (additifs) dans le cas contraire
(énergie, quantité de mouvement, etc.).
L’état du système, c’est à dire la forme de son existence, est défini par l’ensemble
des paramètres macroscopiques indépendants. Les grandeurs qui sont indépendantes
de l’évolution antérieure du système, et donc entièrement déterminées par son état à
un instant donné, sont appelées fonction d’état. L’état d’équilibre thermodynamique
correspond à un état stationnaire (les paramètres du système ne varient plus avec le
temps) tel que, en outre, aucun flux d’énergie stationnaire ne subsiste sous l’action
d’une source extérieure quelconque. En vertu du premier postulat de la thermodynamique, tout système isolé passe nécessairement par un tel état et ne peut le quitter
spontanément. Écarté de cet état d’équilibre, le système y revient au bout d’un temps
appelé temps de relaxation.
Le deuxième postulat de la thermodynamique stipule que, à l’équilibre thermodynamique, tous les paramètres internes sont fonction des paramètres externes et
de la température. L’état instantané peut alors être complètement caractérisé par un
nombre minimal de paramètres indépendants appelés paramètres d’état. Les paramètres externes étant définis par la position des corps extérieurs, les grandeurs d’état
associées à l’équilibre thermodynamique excluent les paramètres de vitesse dont la
définition repose sur la connaissance de la position du système à deux instants différents.
La variation au cours du temps de certains paramètres est le signe que le système subit une transformation. Lorsqu’une transformation est constituée d’une suite
continue d’états d’équilibre, elle est dite quasi-statique ou équilibrée. Les paramètres
(1) En fonction des conditions particulières d’exploitation du système (telle ou telle variable peut-être imposée durant son fonctionnement), une même grandeur physique pourra tantôt jouer le rôle d’un paramètre
externe ou tantôt celui d’un paramètre interne.
3 • Le point de vue thermodynamique
3.1 POSTULATS DE LA THERMODYNAMIQUE
Les objets électromécaniques étudiés sont des systèmes macroscopiques fermés
(i.e. qui n’échangent pas de matière avec le milieu extérieur) capables d’assurer un
transfert d’énergie entre des sources de nature électromagnétique, mécanique ou thermique.
Ce transfert suppose la mise en jeu d’un ou plusieurs phénomènes d’interaction
électro-magnéto-mécanique. Dans le contexte de la thermodynamique classique, un
tel système est caractérisé par un ensemble de paramètres macroscopiques de natures
scalaire, vectorielle ou tensorielle. Les paramètres macroscopiques externes, ou paramètres observables, sont directement déterminés par la position, au sens large, des
corps extérieurs (volume, allongement, charge électrique). Les paramètres internes
(1)
sont liés à la position et au mouvement des sous-ensembles constituant le système
(pression, énergie, aimantation). Les paramètres internes sont dits intensifs lorsqu’ils
sont indépendant de la quantité de matière ou de particules mises en jeu (température,
champ électrique, etc.). Ils sont qualifiés d’extensifs (additifs) dans le cas contraire
(énergie, quantité de mouvement, etc.).
L’état du système, c’est à dire la forme de son existence, est défini par l’ensemble
des paramètres macroscopiques indépendants. Les grandeurs qui sont indépendantes
de l’évolution antérieure du système, et donc entièrement déterminées par son état à
un instant donné, sont appelées fonction d’état. L’état d’équilibre thermodynamique
correspond à un état stationnaire (les paramètres du système ne varient plus avec le
temps) tel que, en outre, aucun flux d’énergie stationnaire ne subsiste sous l’action
d’une source extérieure quelconque. En vertu du premier postulat de la thermodynamique, tout système isolé passe nécessairement par un tel état et ne peut le quitter
spontanément. Écarté de cet état d’équilibre, le système y revient au bout d’un temps
appelé temps de relaxation.
Le deuxième postulat de la thermodynamique stipule que, à l’équilibre thermodynamique, tous les paramètres internes sont fonction des paramètres externes et
de la température. L’état instantané peut alors être complètement caractérisé par un
nombre minimal de paramètres indépendants appelés paramètres d’état. Les paramètres externes étant définis par la position des corps extérieurs, les grandeurs d’état
associées à l’équilibre thermodynamique excluent les paramètres de vitesse dont la
définition repose sur la connaissance de la position du système à deux instants différents.
La variation au cours du temps de certains paramètres est le signe que le système subit une transformation. Lorsqu’une transformation est constituée d’une suite
continue d’états d’équilibre, elle est dite quasi-statique ou équilibrée. Les paramètres
(1) En fonction des conditions particulières d’exploitation du système (telle ou telle variable peut-être imposée durant son fonctionnement), une même grandeur physique pourra tantôt jouer le rôle d’un paramètre
externe ou tantôt celui d’un paramètre interne.