Lois de la thermodynamique

La branche de la science appelée thermodynamique traite des systèmes capables de transférer l'énergie thermique dans au moins une autre forme d'énergie (mécanique, électrique, etc.) ou dans le travail. Les lois de la thermodynamique ont été développées au fil des ans comme certaines des règles les plus fondamentales qui sont suivies lorsqu'un système thermodynamique subit une sorte de changement d'énergie.

Histoire de la thermodynamique

L'histoire de la thermodynamique commence avec Otto von Guericke qui, en 1650, a construit la première pompe à vide du monde et a démontré un vide en utilisant ses hémisphères de Magdebourg. Guericke a été poussé à faire un vide pour réfuter la supposition de longue date d'Aristote selon laquelle «la nature abhorre le vide». Peu de temps après Guericke, le physicien et chimiste anglais Robert Boyle avait appris les conceptions de Guericke et, en 1656, en coordination avec le scientifique anglais Robert Hooke, a construit une pompe à air. En utilisant cette pompe, Boyle et Hooke ont remarqué une corrélation entre la pression, la température et le volume. Avec le temps, la loi de Boyle a été formulée, qui stipule que la pression et le volume sont inversement proportionnels. 

Conséquences des lois de la thermodynamique

Les lois de la thermodynamique ont tendance à être assez faciles à énoncer et à comprendre… à tel point qu'il est facile de sous-estimer l'impact qu'elles ont. Entre autres, ils imposent des contraintes sur la façon dont l'énergie peut être utilisée dans l'univers. Il serait très difficile de trop insister sur l'importance de ce concept. Les conséquences des lois de la thermodynamique touchent à presque tous les aspects de la recherche scientifique d'une manière ou d'une autre.

Concepts clés pour comprendre les lois de la thermodynamique

Pour comprendre les lois de la thermodynamique, il est essentiel de comprendre certains autres concepts thermodynamiques qui s'y rapportent.

• Aperçu de la thermodynamique - un aperçu des principes de base du domaine de la thermodynamique
• Énergie thermique - une définition de base de l'énergie thermique
• Température - une définition de base de la température
• Introduction au transfert de chaleur - explication des différentes méthodes de transfert de chaleur.
• Processus thermodynamiques - les lois de la thermodynamique s'appliquent principalement aux processus thermodynamiques, lorsqu'un système thermodynamique passe par une sorte de transfert d'énergie.

Développement des lois de la thermodynamique

L'étude de la chaleur en tant que forme d'énergie distincte a commencé vers 1798 lorsque Sir Benjamin Thompson (également connu sous le nom de comte Rumford), un ingénieur militaire britannique, a remarqué que la chaleur pouvait être générée proportionnellement à la quantité de travail effectué ... un concept fondamental qui deviendrait finalement une conséquence de la première loi de la thermodynamique.

Le physicien français Sadi Carnot a formulé pour la première fois un principe de base de la thermodynamique en 1824. Les principes que Carnot a utilisés pour définir son Cycle de Carnot le moteur thermique se traduirait finalement par la deuxième loi de la thermodynamique par le physicien allemand Rudolf Clausius, qui est également fréquemment crédité de la formulation de la première loi de la thermodynamique.

Une partie de la raison du développement rapide de la thermodynamique au XIXe siècle était la nécessité de développer des moteurs à vapeur efficaces pendant la révolution industrielle.

Théorie cinétique et lois de la thermodynamique

Les lois de la thermodynamique ne se préoccupent pas particulièrement du comment et du pourquoi spécifiques du transfert de chaleur, ce qui est logique pour les lois qui ont été formulées avant que la théorie atomique ne soit pleinement adoptée. Ils traitent de la somme totale des transitions d'énergie et de chaleur au sein d'un système et ne prennent pas en compte la nature spécifique du transfert de chaleur au niveau atomique ou moléculaire.

La loi zéro de la thermodynamique

Cette loi zéro est une sorte de propriété transitive de l'équilibre thermique. La propriété transitive des mathématiques dit que si A = B et B = C, alors A = C. Il en va de même pour les systèmes thermodynamiques qui sont en équilibre thermique.

Une conséquence de la loi zéro est l'idée que la mesure de la température a une signification quelconque. Afin de mesurer la température, l'équilibre thermique doit être atteint entre le thermomètre dans son ensemble, le mercure à l'intérieur du thermomètre et la substance à mesurer. Ceci, à son tour, permet de déterminer avec précision la température de la substance.

Cette loi a été comprise sans être explicitement énoncée dans une grande partie de l'histoire de l'étude de la thermodynamique, et on ne s'est rendu compte que c'était une loi à part entière qu'au début du 20e siècle. C'est le physicien britannique Ralph H. Fowler qui a inventé pour la première fois le terme «loi zéro», basé sur la conviction qu'il était même plus fondamental que les autres lois..

La première loi de la thermodynamique

Bien que cela puisse sembler complexe, c'est vraiment une idée très simple. Si vous ajoutez de la chaleur à un système, il n'y a que deux choses qui peuvent être faites - changer l'énergie interne du système ou faire fonctionner le système (ou, bien sûr, une combinaison des deux). Toute l'énergie thermique doit être utilisée pour faire ces choses.