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Concept
Fonction d'état
Résumé
Une fonction d'état est une fonction de grandeurs appelées variables d'état, qui définissent l'état d'équilibre d'un système thermodynamique. Les variables d'état sont par exemple la température , la pression , le volume ou le nombre de moles . Une telle fonction possède donc la propriété de ne dépendre que de l'état d'équilibre dans lequel se trouve le système, quel que soit le chemin emprunté par le système pour arriver à cet état. En particulier, au cours d'une transformation entre deux états d'équilibre, la variation d'une fonction d'état ne dépend pas du chemin suivi par le système pendant la transformation, mais uniquement des états d'équilibre initial et final. Ceci permet de déterminer cette variation pour n'importe quelle transformation, y compris une transformation irréversible, en imaginant un chemin réversible pour lequel le calcul est possible.
L’énergie interne et l’entropie sont des exemples de fonctions d'état. D'une façon générale, les potentiels thermodynamiques sont également des fonctions d'état particulièrement importantes en physique et en chimie.
Quant au travail et à la chaleur échangés pendant une transformation, ils ne peuvent pas être assimilés à la variation d'une fonction d'état car ils dépendent de la nature de la transformation. Au cas général, le travail et la chaleur sont plutôt les fonctions de parcours parce que leurs valeurs dépendent du chemin parcouru entre l'état initial et l'état final du système. Néanmoins, il existe des cas particuliers où la chaleur et le travail ne dépendent plus du chemin suivi, qu'il soit réversible ou irréversible, lorsque les transformations s’effectuent soit à pression constante (voir enthalpie) ou à volume constant.
Mathématiquement, la possibilité de représenter une grandeur physique par une fonction d'état est liée aux propriétés de sa forme différentielle, c'est-à-dire sa variation dans une transformation infinitésimale autour d'un état d'équilibre.
Considérons la fonction altitude A lors d’une randonnée en montagne.
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