Le système thermodynamique
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Fiche 85
La thermodynamique, du grec thermos (chaud) et dunamikos (puissant), est la science
qui étudie l’énergie, les formes sous lesquelles elle se manifeste et ses transformations.
Ainsi, elle est indispensable dans la plupart des domaines scientifiques.
On peut en faire remonter l’origine aux considérations sur la machine à vapeur, moteur
thermique à combustion externe, dont les évolutions les plus remarquables datent de la
fin du X V T I L siècle (Sadi Carnot). Une chaudière émet de la vapeur d ’eau dont l’énergie
thermique est convertie en énergie mécanique. Ainsi, la machine à vapeur est capable de
délivrer un travail (locomotive à vapeur). Ceci se réalise par le passage d’un mouvement
désordonné des molécules de gaz (vapeur d ’eau), avec une vitesse moyenne d ’autant
plus grande que la température de la vapeur est élevée (chaleur), à un mouvement coopératif dans une direction particulière, celle du déplacement d ’un piston (travail).
En chimie, science de la transformation de la matière, la thermodynamique permet de
prévoir les évolutions et de faire les bilans énergétiques des réactions chimiques. Ainsi,
la thermochimie est l’étude du transfert de l’énergie sous la forme de chaleur au cours
d ’une réaction.
L’aspect développé ici, essentiellement macroscopique, s’attache à une approche globale des phénomènes et se fonde sur les principes de la thermodynamique (approche
axiomatique et empirique). La thermodynamique statistique permet d ’aborder l’aspect
microscopique et sera seulement évoquée.
1. Définition et conventions
Le domaine d’étude, formé de matière, constitue le système. Il est limité dans l’espace.
Tout le reste de l’univers représente le milieu extérieur.
T J
O
c
D
û
«JD
t H
O
CM
(y)
x :
ai
>Q .
O
U
échanges
de matière
Le système possède une certaine quantité d’énergie, son énergie interne. Selon la nature
des transferts (échanges) possibles entre le système et le milieu extérieur, on distingue ;
• un système ouvert qui échange de l’énergie (sous forme de chaleur q et/ou de travail vf) et de la matière avec le milieu extérieur ;
• un système fermé qui échange uniquement de l’énergie {q et/ou w) ;
• un système isolé pour lequel il n’y a aucun échange.
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La thermodynamique, du grec thermos (chaud) et dunamikos (puissant), est la science
qui étudie l’énergie, les formes sous lesquelles elle se manifeste et ses transformations.
Ainsi, elle est indispensable dans la plupart des domaines scientifiques.
On peut en faire remonter l’origine aux considérations sur la machine à vapeur, moteur
thermique à combustion externe, dont les évolutions les plus remarquables datent de la
fin du X V T I L siècle (Sadi Carnot). Une chaudière émet de la vapeur d ’eau dont l’énergie
thermique est convertie en énergie mécanique. Ainsi, la machine à vapeur est capable de
délivrer un travail (locomotive à vapeur). Ceci se réalise par le passage d’un mouvement
désordonné des molécules de gaz (vapeur d ’eau), avec une vitesse moyenne d ’autant
plus grande que la température de la vapeur est élevée (chaleur), à un mouvement coopératif dans une direction particulière, celle du déplacement d ’un piston (travail).
En chimie, science de la transformation de la matière, la thermodynamique permet de
prévoir les évolutions et de faire les bilans énergétiques des réactions chimiques. Ainsi,
la thermochimie est l’étude du transfert de l’énergie sous la forme de chaleur au cours
d ’une réaction.
L’aspect développé ici, essentiellement macroscopique, s’attache à une approche globale des phénomènes et se fonde sur les principes de la thermodynamique (approche
axiomatique et empirique). La thermodynamique statistique permet d ’aborder l’aspect
microscopique et sera seulement évoquée.
1. Définition et conventions
Le domaine d’étude, formé de matière, constitue le système. Il est limité dans l’espace.
Tout le reste de l’univers représente le milieu extérieur.
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de matière
Le système possède une certaine quantité d’énergie, son énergie interne. Selon la nature
des transferts (échanges) possibles entre le système et le milieu extérieur, on distingue ;
• un système ouvert qui échange de l’énergie (sous forme de chaleur q et/ou de travail vf) et de la matière avec le milieu extérieur ;
• un système fermé qui échange uniquement de l’énergie {q et/ou w) ;
• un système isolé pour lequel il n’y a aucun échange.
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