La thermodynamique

La thermodynamique c'est cool :

Un système thermodynamique est constitué d'un grand nombre de particules (typiquement, le nombre d'Avogadro NA). Pour l'étude de ce système, la thermodynamique s'intéresse à des propriétés d'ensemble et non aux comportements individuels10 de chaque entité. Il s'agit d'une approche « phénoménologique » dans la mesure où elle établit des relations entre des propriétés macroscopiques sans faire intervenir les mécanismes microscopiques sous-jacents.

La physique statistique, quant à elle, prend comme point de départ les lois de la physique qui régissent le mouvement des atomes. Le développement de la physique statistique a vu le jour après celui de la thermodynamique. À cause de l'échelle microscopique de ces systèmes, on perd le contrôle sur les paramètres.

Comme l'étude d'un système thermodynamique ignore le comportement microscopique des systèmes qu'elle se propose d'étudier, on doit « fabriquer » des grandeurs macroscopiques comme la température, la chaleur et l'entropie.

Ces variables rendent cohérente la description thermodynamique macroscopique de la matière.

Ainsi, une bonne utilisation de la thermodynamique repose en partie sur la capacité de faire une distinction entre les différentes échelles. Cela passe par la détermination d'un système, d'une représentation et d'une variance appropriés. Par exemple, s’il n’y avait pas suffisamment de particules dans un système « mal défini », il serait difficile de faire la différence entre le travail et la chaleur11. Pourtant, les deux variables sont différentes à notre échelle d'humain. D'un autre côté, si on analysait le comportement de chaque atome et que l'on sommait séparément les résultats, ce serait différent et moins pertinent que de seulement faire une analyse macroscopique. Pour faire une bonne séparation, on admet que les déplacements des particules individuelles sont négligeables devant le mouvement d'ensemble ou ne l’affecte pas. On peut ainsi définir la chaleur (transfert d'énergie qui n’affecte pas la position du barycentre du système ni ses contours), par opposition au travail, l'énergie interne, et l'entropie normalisée par la température12. Les erreurs d'échelle sont communément faites, même par des experts. Par exemple, le GIEC de l'ONU compte les experts climatiques de 158 pays. Ces experts ont défini les objectifs climatiques de 2050 en degrés Celsius et en concentration de CO2. On ne peut pas prendre la température d'un atome avec un thermomètre, ni celle d'une planète (encore moins celle du Soleil). Ce sont des erreurs très faciles à faire, vu le niveau d'abstraction relié aux différentes échelles. Une façon de détecter les erreurs de changements d'échelle est d'envisager le calcul d'erreurs.

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