Les bases de la thermodynamique

Description

Cette séance de cours couvre les concepts fondamentaux de la thermodynamique, y compris les lois régissant la conservation de l'énergie et l'équilibre thermodynamique. Il explique les définitions du système, des limites et de l'environnement, ainsi que les fonctions d'état et les différents types de systèmes thermodynamiques. La séance de cours explore également l'état thermodynamique d'un système, le caractérisant par des propriétés telles que le volume, la pression, la température et l'énergie interne. Diverses formes de travail, telles que l'expansion, la compression et le travail électrique, sont discutées, ainsi que les différents types d'énergie, y compris l'énergie cinétique, potentielle et interne. La présentation se termine par un examen des concepts énergétiques en mécanique et l'application de la conservation de l'énergie aux systèmes fermés.

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Thermodynamic state

In thermodynamics, a thermodynamic state of a system is its condition at a specific time; that is, fully identified by values of a suitable set of parameters known as state variables, state parameters or thermodynamic variables. Once such a set of values of thermodynamic variables has been specified for a system, the values of all thermodynamic properties of the system are uniquely determined. Usually, by default, a thermodynamic state is taken to be one of thermodynamic equilibrium.

Équilibre thermodynamique

vignette|200px|Exemple d'équilibre thermodynamique de deux systèmes, en l'occurrence deux phases : l'équilibre liquide-vapeur du brome. En thermodynamique, un équilibre thermodynamique correspond à l'état d'un système ne subissant aucune évolution à l'échelle macroscopique. Les grandeurs intensives caractérisant ce système (notamment la pression, la température et les potentiels chimiques) sont alors homogènes dans l'espace et constantes dans le temps.

Système thermodynamique

En thermodynamique classique, un système thermodynamique est une portion de l'Univers que l'on isole par la pensée du reste de l'Univers, ce dernier constituant alors le milieu extérieur. Le système thermodynamique n'est pas forcément défini par une frontière matérielle, ni nécessairement connexe. Les gouttes de liquide dans un brouillard, par exemple, définissent un système thermodynamique. Le milieu extérieur considéré est constitué par la portion d'Univers en interaction avec le système étudié.

Chaleur (thermodynamique)

vignette|Le Soleil et la Terre constituent un exemple continu de processus de chauffage. Une partie du rayonnement thermique du Soleil frappe et chauffe la Terre. Par rapport au Soleil, la Terre a une température beaucoup plus basse et renvoie donc beaucoup moins de rayonnement thermique au Soleil. La chaleur dans ce processus peut être quantifiée par la quantité nette et la direction (Soleil vers Terre) d'énergie échangée lors du transfert thermique au cours d'une période de temps donnée.

Work (thermodynamics)

Thermodynamic work is one of the principal processes by which a thermodynamic system can interact with its surroundings and exchange energy. This exchange results in externally measurable macroscopic forces on the system's surroundings, which can cause mechanical work, to lift a weight, for example, or cause changes in electromagnetic, or gravitational variables. The surroundings also can perform work on a thermodynamic system, which is measured by an opposite sign convention.