Deuxieme principe de la thermodynamique - entropie

Thèmes abordés

Thermodynamique, deuxième principe, entropie, irréversibilité, applications du second principe, expression différentielle, conséquences

Résumé du document

Dans ce chapitre on montre la nécessité du deuxième principe de la thermodynamique, puisque le premier principe ne permet pas de prévoir le sens d'évolution des systèmes. On introduit donc une nouvelle fonction l'entropie qui est une fonction d'état. C'est une grandeur extensive, permettant de renseigner sur le sens d'évolution du système. L'application du second principe est illustrée dans ce chapitre, par plusieurs exemples. Les conséquences du second principe permettent alors de faire son énoncé général.

Extraits

[...] source Q source T T e e le système échange de la chaleur avec la source de manière réversible ou Si l'on considère le système global (ancien système + source), on dispose d'un système isolé : Qglobal = 0 = Qsyst + Qsource Qsource = - Qsyst avec : d'autre part : = S + S eS Te Q Te source On remarque que = - Ssource uniquement si S = c.à.d. si la transformation est réversible. Sinon l'extensivité de S conduit pour + + On constate donc que l'augmentation d'entropie est le concept qui régit toute transformation au sein de l'univers. [...]

[...] Ssource= 0 Cours de Thermodynamique Chapitre II Pr. M. R. BERRADA Ainsi, l'entrée d'une masse dm, d'entropie massique S0, se traduit par une variation dS de l'entropie du système, d'expression : d S = S + S + S0 dm avec : Irréversibilité Echange de matière Ex7 : Transfert spontané de chaleur Soit un système isolé séparé en deux compartiments (à température différente T2 > T1) par une cloison isolante (adiabatique). Si on enlève la cloison, dans quel sens va s'écouler la chaleur? [...]

[...] Cours de Thermodynamique Chapitre II Pr. M. R. BERRADA - Ce processus est irréversible, il se poursuivra jusqu'à l'égalité des températures, alors que l'entropie du système isolé sera maximale à d'équilibre. 3-2 Conséquences du deuxième principe * L'énoncé général du deuxième principe contient implicitement tous les énoncés classiques basés sur les cycles monothermes (énoncés de Clausius et Kelvin précédents) ou basée sur les cycles dithermes (cycle de Carnot). * Dans le cas d'une transformation monotherme cyclique, il est impossible de produire du travail. [...]

[...] * Le deuxième principe va définir le sens privilégié suivant lequel les transformations peuvent se dérouler et préciser les conditions d'équilibre du système. C'est un postulat basé sur des observations expérimentales Postulats d'irréversibilité La thermodynamique classique ne cherche pas à expliquer le sens privilégié des transformations naturelles ou spontanées, mais elle postule simplement l'irréversibilité de ces transformations observées expérimentalement. Enoncé de Clausius (déduit de l'exemple Une quantité de chaleur ne peut jamais être transférée spontanément chaude d'une source froide vers une source Fig : Processus de transfert de chaleur impossible Cours de Thermodynamique Chapitre II Pr. M. R. [...]

[...] Cours de Thermodynamique Chapitre II Pr. M. R. BERRADA Le bilan énergétique est caractérisé dans ce cas par : 1. le terme d'échange d'entropie système-source(s) : eS B Te - dQ : quantité de chaleur élémentaire échangée algébriquement entre le système et la source de chaleur responsable de cet échange (l'entropie d'échange est directement reliée à la chaleur) ; - Te : température de la source de chaleur au contact avec le système à l'instant t de l'évolution (Te peut bien entendu varier de A à le terme de création d'entropie : Δi S irrév rév 0 Remarque : l'entropie d'un système isolé ne peut que croître ou rester constante (cas de l'univers par exemple). [...]