CH. 12 – CHALEUR et TRANSFERTS THERMIQUES

Une des principales divisions de la physique est la thermodynamique, c'est-à-dire l'étude de l'énergie thermique (chaleur), de son transfert, de sa transformation, de sa dégradation et de sa dispersion. Cette branche de la science est née dans le but très pratique de comprendre le fonctionnement d'une machine à vapeur, mais sa portée s'est rapidement généralisée et on peut aujourd'hui dire qu'elle étudie l'ensemble des processus qui évolue dans le temps. En d'autres termes, étudier la thermodynamique, c'est étudier l'évolution de l'univers.

Cette étude s'articule autour de grands principes.

En prélude, le principe "zéro" affirme que si deux corps sont individuellement en équilibre thermique avec un troisième corps, ils sont également en équilibre entre eux.

Le premier principe, quant à lui, s'énonce ainsi: « l'énergie interne d'un système varie lorsqu'un travail est effectué au profit du système (ou par lui) et lorsque le système échange de la chaleur avec le milieu environnant ». En quelques mots, un système ne crée ou ne détruit jamais d'énergie: il peut en recevoir d'un (ou en donner à un) autre système, ou encore la transformer. Dans tous les cas, la quantité totale d'énergie dans l'univers demeure inchangée.

Le deuxième principe peut être décrit à l'aide de plusieurs formulations complémentaires. Ainsi, pour Kelvin et Planck, « il est impossible pour un moteur thermique effectuant un processus cyclique de convertir intégralement en travail la chaleur absorbée au contact d'une source chaude ». Clausius, pour sa part, a plutôt proposé qu'« il est impossible pour une machine cyclique de faire passer de façon continue la chaleur d'une source froide vers une source chaude sans apport de travail ou autre effet sur le milieu extérieur ». Ces deux énoncés peuvent être unifiés grâce à la notion d'entropie, une mesure du désordre de l'univers: « tout changement d'un système isolé, passant d'un état à un autre, est