Thermodynamiques

INTRODUCTION

1. Principes

La thermodynamique est un terme assez prétentieux, qui s'appliquait aux phénomènes

thermiques, et qui s'applique maintenant aux manifestations sous toutes ses formes.

Elle est régie par 4 principes :

Principe zéro : Complément logique formulé après coup. Il stipule que l'on peut définir

la température (point fondamental de la thermodynamique). Température : description

quantitative de la notion de chaud.

Premier principe : Enoncé par KELVIN et CLAUSIUS, c'est le fait que l'énergie se

conserve (et non simplement la chaleur) Energie : capacité de produire du travail

mécanique.

Deuxième principe : C'est la notion d'irréversibilité des transformations

thermodynamique. Il est impossible de transformer intégralement de la chaleur en

travail.

Troisième principe : Existence d'une limite, le zéro absolu. C'est l'expression du fait

que la matière est constituée d'atomes.

Basée sur la notion de température, la thermodynamique aborde les échanges d’énergie

(chaleur et travail)

2. Historique

On pensait que la chaleur était le résultat des manifestations d’un fluide appelé le

calorique. Les premières recherches scientifiques portaient sur l’étude de ce fluide et

c’est petit à petit que la notion d’énergie est apparue rassemblant la chaleur et le travail

pour donner corps à une nouvelle science appelée thermodynamique.

Thierry Maré Page 9 IUT Saint Malo

Cours ThermoA/ThermoB/GIM1

1796-1832 CARNOT (Français)

Il était fils d’un ministre sous Bonaparte et oncle d’un président de la république, il

compris que la cause du désastre de la guerre et ce qui en suivi, était la pauvreté

industrielle.

En effet le parc de machines à vapeur était faible comparé aux anglais, et sans machine

à vapeur, pas de pompe à eau dans les mines et pas de charbon. Le charbon, à cette

époque, servait de combustible dans les sidérurgies, pour extraire le fer des minerais (le

bois devenait rare). Celui qui dominait la vapeur, dominait le fer, donc l’armement et

aussi les transformations sociales. Grâce à son père, ministre et surtout ingénieur

mécanicien, il découvrira que la transformation de la chaleur en travail était limitée par

un rendement dépendant du niveau de température. CARNOT créa une science

fondamentale qui décrit aussi bien le fonctionnement des machines que celui des

particules isolées. Il publia en 1824 : « Réflexions sur la puissance motrice du feu sur

les machines propres à développer cette puissance ». Pour CARNOT, la chaleur était un

fluide dépourvu de masse «le calorique », et il fondait son analyse sur le fait que la

chaleur se conservait et que le travail mécanique résultait du passage du fluide, du

chaud vers le froid.

1818-1889 JOULES (James PRESCOTT, anglais)

Il était fils d’un grand brasseur près de Manchester, il travaillait dans la brasserie, et

rechercha un principe unificateur généralisant tous les phénomènes physiques de

l’époque (électricité, électrochimique, mécanique…). Il confirma que la chaleur n’était

pas conservée et que ce n’était pas un fluide. Pour lui, toute la chaleur pouvait être

transformée en mécanique et inversement. CARNOT se trompait, sauf pour les limites

de rendement.

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Cours ThermoA/ThermoB/GIM1

1824-1907 THOMSON ( Irlandais)

Il vivait à Belfast, et à 10 ans suivait des cours à l’université. Titulaire d’une chair de

philosophie naturelle obtenue en 1846, il partagea ses études entre la théorie de haut

niveau et l’exploitation de ses inventions (télégraphe).

Il fut anobli et prit le nom de sir lord KELVIN. Il rencontra JOULES en 1847 et fut

impressionné par les conclusions sur le calorique. Il réconcilia les théories de CARNOT

et JOULES en publiant une théorie dynamique de la chaleur en 1851. De là, naquit la

thermodynamique , théorie qui reste pour l’instant macroscopique.

1822-1888 CLAUSIUS (Prussien)

En 1850, il publia « Sur la puissance motrice de la chaleur » et confirma qu’il n’y avait

pas de contradiction entre CARNOT et JOULES, et proposa une explication de chaleur

à partir du comportement des particules.

1844-1906 BOLTZMAN (Autrichien)

Il découvrit les propriétés macroscopiques de la matière à partir du comportement des

atomes et des molécules. Alors que l’existence des atomes n’était pas encore acceptée,

et craignant mettre en cause la thèse de DARWIN qui

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