Divers énoncés de le deuxième principe de la thermodynamique
La deuxième loi de la thermodynamique peut être exprimée de nombreuses manières spécifiques. Chaque déclaration exprime la même loi. Ci-dessous sont énumérés trois qui sont souvent rencontrés.
Avant ces déclarations, il faut rappeler le travail d’ un ingénieur et physicien français, Nicolas Léonard Sadi Carnot a fait avancer l’étude de le deuxième principe en formant un principe ( également appelé règle de Carnot ) qui précise les limites de l’efficacité maximale que tout moteur thermique peut obtenir .
Déclaration de Clausius de le deuxième principe
L’une des premières déclarations de le deuxième principe de la thermodynamique a été faite par R. Clausius en 1850 . Il a déclaré ce qui suit.
«Il est impossible de construire un appareil qui fonctionne sur un cycle et dont le seul effet est le transfert de chaleur d’un corps plus froid vers un corps plus chaud».
La chaleur ne peut pas circuler spontanément du système froid au système chaud sans qu’un travail externe soit effectué sur le système. C’est exactement ce que les réfrigérateurs et les pompes à chaleur accomplissent. Dans un réfrigérateur, la chaleur passe du froid au chaud, mais uniquement lorsqu’ils sont forcés par un travail extérieur, les réfrigérateurs sont entraînés par des moteurs électriques nécessitant un travail de leur environnement pour fonctionner.
Il a été démontré que les déclarations Clausius et Kelvin-Planck sont équivalentes.
Déclaration de Kelvin-Planck sur le deuxième principe
«Il est impossible de construire un appareil qui fonctionne sur un cycle et ne produit aucun autre effet que la production de travail et le transfert de chaleur d’un seul corps».
Cette déclaration fonctionne avec le terme « réservoir thermique » ou « réservoir unique ». Un réservoir est un grand objet, dans lequel la température reste constante pendant que l’énergie est extraite. Un tel système peut être approché de plusieurs façons: par l’atmosphère terrestre, les grandes étendues d’eau comme les lacs, les océans, etc.
La déclaration Kelvin – Planck n’exclut pas l’existence d’un système qui développe une quantité nette de travail à partir d’un transfert de chaleur extrait d’un réservoir thermique. Selon cette déclaration, un système soumis à un cycle ne peut pas développer une quantité nette de travail positive à partir d’un transfert de chaleur extrait d’un réservoir thermique.
L’entropie et le deuxième principe
Une conséquence de la deuxième loi de la thermodynamique est le développement de la propriété physique de la matière, connue sous le nom d’ entropie (S) . Le changement de cette propriété est utilisé pour déterminer la direction dans laquelle un processus donné se déroulera. L’entropie quantifie l’ énergie d’une substance qui n’est plus disponible pour effectuer un travail utile . Cela se rapporte à la deuxième loi puisque le deuxième principe prédit que toute la chaleur fournie à un cycle ne peut pas être transformée en une quantité égale de travail, une certaine réjection de chaleur doit avoir lieu.
Voir aussi: Entropie
Selon Clausius, l’ entropie a été définie via le changement d’entropie S d’un système. L’évolution de l’entropie S, lorsqu’une quantité de chaleur Q lui est ajoutée par un processus réversible à température constante, est donnée par:
Ici Q est l’énergie transférée sous forme de chaleur vers ou depuis le système pendant le processus, et T est la température du système en kelvins pendant le processus. L’unité SI de l’ entropie est J / K .
La deuxième loi de la thermodynamique peut également être exprimée comme ∆S≥0 pour un cycle fermé.
Dans les mots:
L’entropie de tout système isolé ne diminue jamais. Dans un processus thermodynamique naturel, la somme des entropies des systèmes thermodynamiques en interaction augmente.
∆S≥0
Étant donné que l’entropie en dit long sur l’utilité d’une quantité de chaleur transférée dans l’exécution des travaux, les tables de vapeur incluent des valeurs d’ entropie spécifique (s = S / m) dans le cadre des informations tabulées.
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