thermodynamique

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Présentation

thermodynamique, domaine de la physique qui étudie les transformations de la matière et de l’énergie des systèmes macroscopiques. Les concepts de la thermodynamique sont d’une importance fondamentale en physique, en chimie et dans l’industrie.

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Système macroscopique

Un système macroscopique est une petite portion de l’Univers qui demeure à l’échelle humaine (par opposition à l’échelle microscopique) et qui délimite un volume fini. On peut décrire l’état d’un système macroscopique par des grandeurs physiques mesurables, telles que la température, la pression ou le volume, qui sont des variables très utilisées en thermodynamique. Si l’on veut décrire plus précisément le système, on peut lui associer d’autres variables, comme la densité, la capacité calorifique, la compressibilité ou encore le coefficient de dilatation.

Toutes ces variables, dites variables d’état, qui sont liées entre elles, peuvent être classées en deux groupes : les variables extensives qui dépendent de la taille du système (volume, masse, etc.) et les variables intensives qui n’en dépendent pas (température, pression, etc.). D’une manière générale, un système atteint un état d’équilibre lorsque ses variables d’état demeurent constantes dans le temps.

Lorsqu’un système macroscopique passe d’un état d’équilibre à un autre, on dit que ce système est le siège d’une transformation thermodynamique. Certaines transformations sont réversibles, c’est-à-dire qu’elles peuvent se produire en sens inverse ; d’autres sont en revanche irréversibles. Ces processus sont régis par les quatre principes fondamentaux de la thermodynamique, qui furent énoncés entre la fin du XIX^e siècle et le début du XX^e siècle.

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Principes de la thermodynamique

Les principes de la thermodynamique permettent de prévoir les caractéristiques macroscopiques d’un système, ainsi que ses états d’équilibre.

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Principe zéro

Le principe zéro de la thermodynamique s’énonce ainsi : « Deux systèmes en équilibre thermique avec un troisième sont en équilibre thermique entre eux. » Ce principe permet de définir la notion de température, les trois systèmes évoqués étant à la même température. Ainsi, la température est une notion empirique découlant du principe zéro de la thermodynamique. Les températures sont mesurées avec un thermomètre, appareil contenant une substance qui présente des états faciles à définir et à reproduire, comme les points de solidification et d’ébullition de l’eau pure. À partir de ces états, on peut construire une échelle graduée de température. On peut ainsi déterminer la température de tout système en le mettant en contact thermique avec ce thermomètre. Il est cependant nécessaire que le système soit suffisamment grand par rapport au thermomètre, sinon sa température pourrait être modifiée par celle du thermomètre.