La théorie de la thermodynamique classique mûrit dans les années 1850 à 1860. Il peut cependant se créer des états stationnaires comme dans l'effet Sunyaev-Zel'dovich issu de d'interactions Compton multiples (comptonisation). e La température en Kelvin - voir chapitre concernant les températures - du mur à 15°C est égale à 288,15 K. Température en Kelvin : 273,15 + 15 = 288,15 K. La chaleur massique du béton est égale à 1000 J/kg/K. Une collaboration entre Nicolas Clément et Sadi Carnot (Réflexions sur la puissance motrice du feu) dans les années 1820 aboutit à des réflexions proches[26]. La quantité de chaleur transférée comme chaleur est considérée comme un concept dérivé, défini uniquement pour les systèmes fermés comme la quantité de chaleur transférée par des mécanismes autres que le transfert de travail, ce dernier étant considéré comme primitif pour la thermodynamique, définie par la mécanique macroscopique. La température est une notion qui a évolué avec la connaissance de la matière. qui est le deuxième principe de la thermodynamique pour les systèmes fermés. On dit alors que la glace et l'eau constituent deux phases dans le «corps». Dans une pompe à chaleur, le corps de travail devient à la fois plus chaud que le réservoir chaud et plus froid que le réservoir froid. d Lervig, P. Sadi Carnot and the steam engine:Nicolas Clément's lectures on industrial chemistry, 1823–28. Dans une conférence de 1847 intitulée On Matter, Living Force, and Heat, James Prescott Joule caractérise les termes chaleur latente et chaleur sensible comme des composants de la chaleur affectant chacun des phénomènes physiques distincts, l'énergie potentielle et l'énergie cinétique des particules, respectivement[60]. En thermodynamique, la chaleur est l'énergie échangée lors d'un transfert thermique vers ou depuis un système thermodynamique en raison d'une différence de température et par des mécanismes autres que le travail thermodynamique ou le transfert de matière . = Bien que Carathéodory lui-même n'ait pas énoncé une telle définition, il est de coutume dans les études théoriques de définir la chaleur Q par rapport à son environnement de façon similaire à sa nomenclature. Le choix i Définition de la capacité thermique et des chaleurs latentes de fusion ou de vaporisation. Le point de vue thermodynamique est adopté par les fondateurs de la thermodynamique au XIXe siècle. d La conduction thermique se produit par le mouvement stochastique (aléatoire) de particules microscopiques (telles que des atomes ou des molécules). désigne la perception humaine de l'énergie thermique et de la température. À l'opposé, un rayon lumineux de fréquence ν correspond à une entropie minimale[13]. N Thermodynamique – Chaleur La thermodynamique est une catégorie des sciences physiques consacrée à la chaleur et sa relation avec d’autres formes d’énergie et de travail. Pour plus de commodité, on peut dire que la composante adiabatique est la somme : du travail effectué par le corps à travers le changement de volume par le mouvement des parois tandis que la paroi non adiabatique est temporairement rendue adiabatique ; et du travail adiabatique isochore. On a donc montré qu'il existe une variable d'état T telle que Pour infirmer cette proposition, Truesdell et Bharatha (1977) ont notamment réalisé le développement mathématique rigoureusement logique de la théorie[38]. I. Il décrit le comportement des gaz à basse pression et montre que la relation entre la pression, le volume et la température est indépendante de la nature du gaz. "in a gas, heat is nothing else than the kinetic or mechanical energy of motion of the gas molecules". {\displaystyle \phi } La chaleur est la forme d'énergie qui se transmet ou se transfère d'un corps à l'autre, qui eux peuvent être à différentes températures. Au XVIIIe siècle, Fourier établit[9] la loi éponyme qui semble faire de la température le potentiel scalaire permettant de connaître le flux de chaleur, En fait la thermodynamique hors équilibre montre que cette expression devrait être écrite. Cette dernière notation ne doit pas être confondu avec une dérivée temporelle d'une fonction d'état — qui peut également être écrite avec la notation par points — car la chaleur n'est pas une fonction d'état[13]. Plus la température est élevée, plus le retrait est important. i T La définition du transfert de chaleur n'exige pas que le processus soit continu ou étalé dans le temps. La circulation convective permet à un corps de chauffer un autre, à travers un fluide de circulation intermédiaire qui transporte l'énergie d'une frontière de l'un à une limite de l'autre. Il s'ensuit qu'il n'y a pas de définition bien fondée des quantités d'énergie transférées sous forme de chaleur ou de travail associées à un transfert de matière. Le transfert d'énergie sous forme de chaleur est supposé avoir lieu à travers une différence de température infinitésimale, de sorte que l'élément du système et son environnement ont presque la même température T. On écrit, δ La convection peut être décrite comme les effets combinés de la conduction et de l'écoulement de fluide. La température la plus basse possible correspond à T=0K 16 Gaz parfait Un tel système, plongé dans un milieu dont la température était initialement constante et homogène, ne provoque aucune modification de la température de ce milieu (indépendamment de la température initiale de ce milieu). {\displaystyle \Delta S^{\prime \prime }=0.}. Le zéro absolu, qui correspondrait à une matière totalement figée, est interdit par le principe d'incertitude de la mécanique quantique qui prohibe tout état où l'on connaîtrait simultanément position et vitesse. Les deux autres sont des approches macroscopiques. Gyftopoulos, E.P., & Beretta, G.P. Le transfert de chaleur provient de gradients ou de différences de température, par l'échange diffus d'énergie cinétique et potentielle des particules, par des collisions de particules et d'autres interactions. Du deuxième principe de la thermodynamique découle celui du transfert spontané de chaleur, dans lequel la température du système est différente de celle de l'environnement : Pour l'analyse mathématique des transferts, on utilise souvent des processus fictifs dits réversibles, la température T du système étant à peine inférieure à celle du milieu environnant et le transfert se déroulant à une vitesse imperceptiblement lente. ». {\displaystyle {\frac {\delta Q}{T}}} Adams, M.J.,Verosky, M., Zebarjadi, M., Heremans, J.P. (2019). ≥ Selon Kenneth Denbigh (1981), la propriété d'être "chaud" (en anglais : hotness) est une préoccupation de la thermodynamique qui devrait être définie sans référence au concept de chaleur. CME1 - Thermodynamique, température et chaleur. La compréhension moderne de l'énergie thermique provient de la théorie mécanique de la chaleur de Thompson de 1798 (An Experimental Enquiry Concerning the Source of the Heat which is Excited by Friction), postulant un équivalent mécanique de la chaleur. Cependant, l'expérience nous montre que c'est en … En physique, il s’agit d’un mode de transfert d’énergie d’un corps à l’autre (et ne correspondant pas à un travail). {\displaystyle \delta Q=T\,\mathrm {d} S_{\mathrm {e} }. Un calorimètre est un corps dans l'environnement du système, avec sa propre température et son énergie interne. }, Le deuxième principe pour un processus naturel affirme ainsi que. Br. Δ 0 0 Dans Heat Considered as Mode of Motion (1863), John Tyndall contribue à populariser l'idée de la chaleur comme un mouvement auprès du public anglophone. Un système physique qui transmet de la chaleur à un autre système physique est le plus chaud des deux. Un tel rayonnement est appelé rayonnement du corps noir. Ce dispositif permet donc d'inverser le sens naturel du transfert spontané de l'énergie thermique. « Que la quantité de chaleur qui doit être transmise lors de la transition du gaz de manière définie d'un état donné à un autre, dans lequel son volume est v et sa température t, soit appelée Q. Tout comme la température peut être indéfinie pour un système suffisamment inhomogène, l'entropie peut également être indéfinie pour un système qui n'est pas dans son propre état d'équilibre thermodynamique interne. Un tel usage du terme «flux de chaleur» est un résidu d'un langage plus ancien et désormais obsolète[50]. De plus, comme le système est à l'équilibre, son entropie est maximale : toutes les dérivées partielles de l'entropie sont nulles et : En l'absence de travail du système considéré on peut écrire, On remarquera que ce résultat pourrait être obtenu pour toute fonction monotone f(T) telle que. ′ = A propos du rayonnement, James Clerk Maxwell écrit : "dans le rayonnement, le corps plus chaud perd de la chaleur, et le corps plus froid reçoit de la chaleur au moyen d'un processus se produisant dans un milieu intermédiaire qui ne devient pas lui-même chaud"[40]. Ils peuvent être classés en fonction de la plage de températures de fonctionnement du corps de travail, par rapport à ces réservoirs. La discipline du transfert thermique, considérée comme un aspect du génie mécanique et du génie chimique, traite des méthodes appliquées spécifiques par lesquelles l'énergie thermique d'un système est générée, convertie ou transférée à un autre système. μ Dans le cas où l'énergie injectée dans le milieu est très importante la distribution microscopique s'éloigne notablement des distributions d'équilibre. (1991). {\displaystyle \mathrm {d} U_{\mathrm {A} }=-\mathrm {d} U_{\mathrm {B} }} Carathéodory introduit ainsi son article de 1909 par : "La proposition selon laquelle la discipline de la thermodynamique peut être justifiée sans recourir à aucune hypothèse qui ne peut être vérifiée expérimentalement doit être considérée comme l'un des résultats les plus remarquables de la recherche en thermodynamique accomplie au cours du siècle dernier"[36],[37]. La température, elle, équivaut à la mesure de la chaleur d'un corps. La capacité thermique molaire est la capacité thermique par unité de quantité (unité SI: mole) d'une substance pure, et la capacité thermique massique, souvent appelée simplement chaleur spécifique, est la capacité thermique par unité de masse d'un matériau. L'autre approche macroscopique est la thermodynamique, qui admet la chaleur comme concept primitif, qui contribue, par induction scientifique à la connaissance de la loi de conservation de l'énergie[43]. Définition et Explications - La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Thermodynamique des milieux à l'équilibre, Milieu dans lequel la température n'est pas un paramètre pertinent. De même, «l'entropie du système solaire» n'est pas définie dans la thermodynamique classique. Un tel calcul est la principale approche de nombreuses études théoriques sur la quantité de chaleur transférée[29],[58],[59]. En thermodynamique, la convection est considérée de façon générale comme un transport d'énergie interne. 46 Thermodynamique 3BC Chaleur ... •On vérifie que la chaleur est positive si la température augmente et négative dans le cascontraire. Active Peltier Coolers Based on Correlated and Magnon-Drag Metals. La quantité d'énergie transférée sous forme de chaleur dans un processus est la quantité d'énergie transférée à l'exclusion de tout travail thermodynamique effectué et de toute énergie contenue dans la matière transférée. Le transfert, entre les corps, d'énergie en tant que travail est une manière complémentaire de changer les énergies internes. T C'est en partie la raison pour laquelle la chaleur est définie après Carathéodory et Born, uniquement comme se produisant autrement que par le travail ou le transfert de matière. C'est-à-dire à l’étude d’un système au cours de son évolution en fonction des échanges d’énergies mécanique (travail) et thermique (chaleur… Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre. La spéculation sur l'énergie thermique ou la "chaleur" en tant que forme distincte de la matière possède une longue histoire, incarnée notamment par la théorie calorique, le phlogistique et le signe feu. 1. L'une est l'approche de la théorie microscopique ou cinétique. Hatsopoulos, G.N., & Keenan, J.H. Des règles des phases sont connues, indiquant comment des phases distinctes peuvent coexister au sein d'un même «corps». Dans de nombreux cas, à température et pression fixes, une substance peut exister dans plusieurs états distincts de la matière dans ce qui pourrait être considéré comme le même «corps». Par exemple, un changement du volume du système par le mouvement d'un piston avec une force mesurable de l'extérieur ou un changement de polarisation diélectrique du système par un changement mesurable d'un champ électrique. Le "transfert thermique" est généralement décrit comme incluant les mécanismes de conduction thermique, de convection thermique, de rayonnement thermique, mais peut inclure un transfert de masse ou un processus de transition de phase. C'est aussi la raison pour laquelle le principe zéro de la thermodynamique est énoncée explicitement. Comme nous l'avons vu dans le chapitre de Mécanique Des Milieux Continus, la température caractérise un état d'équilibre thermodynamique et traduit l'existence d'une agitation thermique (théorème du Viriel) et elle peut varier lorsque l'extérieur fournit un travail . Selon la définition de la formule (1), pour un tel processus fictif réversible, une quantité de chaleur transférée δQ (différentielle inexacte) est analysée comme une quantité T dS, avec dS un différentiel exact : Cette égalité n'est valable que pour un transfert fictif dans lequel il n'y a pas de production d'entropie, c'est-à-dire qu'on a − La température est une variable qui permet de décrire un système thermodynamique, la chaleur est une forme de transfert d’énergie. On peut donc lui associer deux températures mais celles-ci n'ont que peu d'intérêt car elle ne permettent pas de caractériser les distributions d'énergie correspondantes. Les systèmes physiques qui sont trop turbulents pour avoir des températures peuvent encore différer en termes de chaleur. Cette vision est largement considérée comme pratique, la quantité de chaleur étant mesurée par calorimétrie. En ce qui concerne ce qui est "chaud", les termes comparatifs "plus chaud" et "plus froid" sont définis par la règle selon laquelle la chaleur s'écoule du corps le plus chaud vers le plus froid[66],[67],[68]. {\displaystyle f(T)=T} On dit alors qu'une quantité d'entropie ΔS′ a été transférée de l'environnement vers le système. {\displaystyle \mathrm {d} S={\frac {\delta Q}{T}}}, Le raisonnement s'applique de la même manière pour le système continu que constitue la translation des particules, les quantités discrètes étant remplacées par les distributions d'énergie et de populations de particules de masse m et de vitesse v[7], et, d'après la loi de distribution des vitesses de Maxwell. La température est une grandeur scalaire qui mesure la chaleur (chaud, froid) d’un système thermodynamique (un objet, une substance, etc..,). Il suffit de deux paramètres pour définir l'état thermodynamique d'un gaz parfait, par exemple l'énergie interne U et le volume V : Considérons l'interaction entre deux systèmes isolés de l'extérieur, séparés par une paroi diatherme qui ne laisse passer aucune particule mais permet les échanges de chaleur (voir figure). Lieb, E.H., Yngvason, J. δ En termes des variables naturelles S and P de la fonction d'état H, ce processus de changement d'état de l'état 1 à l'état 2 peut être exprimé comme. La signification immédiate de l'énergie cinétique des particules n'est pas la chaleur mais plutôt une composante de l'énergie interne. S L'équilibre thermodynamique entraîne l'existence d'une température unique pour tous les degrés de liberté du milieu : translation, décrite par la statistique de Maxwell, rotation, vibration et énergie interne, décrites par la statistique de Boltzmann. Au cours d'un processus cyclique, un fluide échange avec l'extérieur de l'énergie sous forme de travail et de chaleur. Si un système a un état physique suffisamment régulier et persiste suffisamment longtemps pour lui permettre d'atteindre l'équilibre thermique avec un thermomètre spécifié, alors il a une température en fonction de ce thermomètre. ( Greven, A., Keller, G., Warnecke (editors) (2003). Il n'est pas possible de définir l'entropie hors équilibre, comme un simple nombre pour un système entier, d'une manière clairement satisfaisante[73]. T Si trois systèmes physiques, A, B et C ne sont pas chacun dans leur propre état d'équilibre thermodynamique interne, il est possible qu'avec des connexions physiques appropriées établies entre eux, A puisse chauffer B et B puisse chauffer C et C puisse chauffer A. L'entropie microscopique d'un système est donnée par. Il s'agissait de la seule méthode disponible plus ou moins fiable de mesure des températures supérieures à 1000 °C. La circulation convective, bien que spontanée, ne se produit pas nécessairement et immédiatement lors de l'apparition d'une légère différence de température. On peut également utiliser l'enthalpie au lieu de l'énergie interne. Dans les processus cycliques, tels que le fonctionnement d'une machine thermique, les fonctions d'état reviennent à leurs valeurs initiales à la fin d'un cycle. ∇ = Le second principe de la thermodynamique a permis de définir la température et une échelle de référence pour celle-ci, basée sur l'équation d'état du gaz parfait (voir encadré « Température et entropie »). On parle ici de thermodynamique hors équilibre, c'est-à-dire des chemins permettant de passer d'un état d'équilibre à un autre par des processus de transport ou de relaxation dans un milieu proche de l'équilibre thermodynamique.