thermodynamique (lois de la) l. f.
thermodynamic laws, thermodynamic principle
Principes généraux d’après lesquels une énergie thermique peut se transformer en énergie mécanique (ou autre) et réciproquement.
- Premier principe, de conservation de l’énergie (Mayer 1) : l’énergie totale, somme des énergies d’un système isolé, reste constante. Des échanges entre les énergies thermiques et mécaniques peuvent se produire mais dans un système isolé (sans échanges avec l’extérieur) il n’y a pas de production spontanée et supplémentaire d’énergie.
- Deuxième principe dit de dégradation de l’énergie, ou principe d’évolution : l’énergie évolue de la plus haute intensité vers la plus basse. « Un moteur ne peut fonctionner que si la chaleur passe d’une source chaude à une source froide » (Carnot 2) ; réciproquement « Le passage de la chaleur d’un corps froid vers un corps chaud n’a jamais lieu spontanément » (Clausius 3). Il en résulte que la température d’un corps ne peut augmenter que grâce à un apport d’énergie. La dégradation de l’énergie a été nommée entropie 4. L’entropie augmente au cours des transformations énergétiques et celles-ci sont irréversibles (principe d’irréversibilité).
- Troisième principe : il stipule que l’entropie d’un corps ou d’un système est nulle à 0°K (zéro absolu soit -273°15) (Nernst 5). L’agitation moléculaire et les échanges thermiques diminuent à l’approche du zéro absolu (en biologie un abaissement de la température diminue le métabolisme).
- Principe 0 ou principe d’équilibre thermique : Si deux systèmes sont en équilibre thermique avec un troisième, ils sont en équilibre entre eux. Si deux corps en contact sont en équilibre thermique, ils sont à la même température.
- La relation de réciprocité d’Onsager 6 relie force et flux dans un processus irréversible : si un corps chaud est en contact avec un corps froid la chaleur passe spontanément du corps chaud vers le corps froid jusqu’à un état final, l’équilibre des températures. Cette relation, parfois appelée quatrième principe de thermodynamique, est très générale en physique (équilibre des pressions, diffusion électrique etc.).
En thermodynamique le potentiel fondamental est l’énergie interne. L’énergie se décompose en énergie de travail W et énergie thermique Q avec une équivalence de la chaleur et du travail selon la constante de Joule 7 : W=J/Q. En biologie les transformations se font assez lentement et dans des conditions isothermes. En quelque domaine que ce soit, mécanique, électrique, électronique, biologique, etc. ces principes n’ont jamais été démentis.
1 J.R. von Mayer, médecin et physicien allemand (1842 et 1845),2 N. Sadi Carnot, physicien français (1824) ; 3 J.R. Clausius, physicien allemand (1854) (41865), 5 W.H. Nernst, physicien et chimiste allemand, prix Nobel de chimie 1920 (1906), 6 L. Onsager, physicien et chimiste américain d’origine norvégienne, prix Nobel de chimie 1968 (1931), 7 J.P. Joule, physicien britannique (1843 et 1849)
Étym. gr. thermos : chaleur, dunamis : force, travail
→ entropie