Chapitre 2 : Equilibre thermodynamique

1. Equilibre thermique
• Exemple : verre d’eau chaude
T0 t T > T0 T0 T = T0

• Equilibre thermique : égalité des températures • Equilibre thermique implique un échange d’énergie • L’échange d’énergie peut se produire selon divers processus physiques : - conduction (collisions entre particules) - convection (déplacement de fluides) - radiation (transport par ondes éléctromagnétiques) - changement d’état (modification de la densité)

• Conduction : collisions entre particules (électrons)
∆U A P = = κ ∆T ∆t d

A d

conductivité thermique voir loi de Fourier plus loin. • Convection : déplacement de fluides (brassage)

effet de la température sur la densité du fluide.

• Radiation : transport d’énergie par ondes éléctromagnétiques
∆U 4 P = = eσA(T 4 − T0 ) ∆t

basé sur le corps noir [constante de Stefan]

σ = 5.6 10−8 W/m2 K4

voir corps noir en BAC 3 • Changement d’état : évaporation mL P = ∆t

chaleur latente si variation de densité

voir chaleur latente plus loin

2. Equilibre mécanique
• Exemple : détente d’un piston
∆V p > p0 t p0 p = p0

p0

• Equilibre mécanique : égalité des pressions • Equilibre mécanique implique un échange de volume travail : W = −p0 ∆V [signe]

3. Equilibre osmotique
• Exemple : goutte d’encre dans un verre d’eau encre t eau µencre = µeau

µencre = µeau

• Equilibre osmotique : égalité des potentiels chimiques • Equilibre osmotique implique un échange de matière • Sans agitation du fluide, il faut attendre longtemps pour que l’équilibre osmotique s’établisse.

4. Equilibre thermodynamique
• Définition : Un équilibre thermodynamique est atteint lorsqu’il y a équilibre thermique, mécanique et osmotique. • La thermodynamique est donc restrictive car situations idéalisées. équilibre

???

???

• La thermodynamique ne donne aucune information sur la durée des phénomènes observés. ∆t

5. Principe zéro
• Si un système est à l’équilibre, toutes