Test expérimental de l'égalité de Jarzynski

Description

Cette séance de cours traite de l'égalité de Jarzynski, un résultat théorique qui relie le travail irréversible à l'équilibre des différences d'énergie libre. L'instructeur présente des tests expérimentaux de cette égalité à l'aide de molécules d'ARN, démontrant la validité de la théorie dans des conditions de loin d'équilibre. La séance de cours couvre le Théorème de Fluctuation des Crooks, les courbes force-extension, et la vérification des prédictions théoriques par des mesures expérimentales. Différents concepts mécaniques statistiques sont appliqués pour résoudre des problèmes thermodynamiques expérimentaux, fournissant des informations sur les processus non-équilibre. La présentation comprend des analyses détaillées des distributions de travail, des théorèmes de fluctuation et l'application des principes thermodynamiques aux expériences de manipulation moléculaire.

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Source officielle

https://mediaspace.epfl.ch/media/0_7v5jqyxy

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Séances de cours associées (819)

Concepts associés (226)

Irreversible process

In science, a process that is not reversible is called irreversible. This concept arises frequently in thermodynamics. All complex natural processes are irreversible, although a phase transition at the coexistence temperature (e.g. melting of ice cubes in water) is well approximated as reversible. In thermodynamics, a change in the thermodynamic state of a system and all of its surroundings cannot be precisely restored to its initial state by infinitesimal changes in some property of the system without expenditure of energy.

Deuxième principe de la thermodynamique

Le deuxième principe de la thermodynamique (également connu sous le nom de deuxième loi de la thermodynamique ou principe de Carnot) établit l'irréversibilité des phénomènes physiques, en particulier lors des échanges thermiques. C'est un principe d'évolution qui fut énoncé pour la première fois par Sadi Carnot en 1824. Il a depuis fait l'objet de nombreuses généralisations et formulations successives par Clapeyron (1834), Clausius (1850), Lord Kelvin, Ludwig Boltzmann en 1873 et Max Planck (voir Histoire de la thermodynamique et de la mécanique statistique), tout au long du et au-delà jusqu'à nos jours.

Processus quasi statique

Une transformation est dite quasi statique si tous les états intermédiaires du système thermodynamique au cours de la transformation sont des états définis, proches d'états d'équilibre. Cela implique que le déséquilibre des variables d'état, responsable de la transformation, soit infiniment petit. Pour qu'une transformation soit quasi statique, il faut donc qu'elle soit très lente, de manière que l'on puisse considérer qu'elle est constituée d'une succession d'états d'équilibre.

Processus thermodynamique

Un processus thermodynamique, ou une transformation thermodynamique, est une transformation (ou une série de transformations) chimique ou physique d’un système partant d’un état d’équilibre initial pour aboutir à un état d’équilibre final.

Processus isotherme

vignette|250px|Plusieurs isothermes d'un gaz parfait sur un diagramme représentant la pression en fonction du volume (diagramme de Clapeyron). vignette|250px|La zone en bleu correspond au travail dans un processus isotherme (à température constante). vignette|250px|La zone en vert correspond au travail dans un processus adiabatique (sans échange de chaleur). Le travail adiabatique est pris comme référence, indiquant la conservation de l'énergie. Le travail isotherme lui est supérieur dans les deux sens, détente et compression.