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Deuxième loi de la thermodynamique
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La deuxième loi de la thermodynamique stipule que dans tout processus de conversion d'énergie, une partie de l'énergie sera toujours perdue sous forme de chaleur résiduelle, et il est impossible de convertir complètement la chaleur en travail utile sans pertes. La fraction de chaleur qui ne peut pas être convertie en travail est libérée sous forme de chaleur résiduelle. Cette chaleur résiduelle augmente l'entropie (une mesure du désordre) du système et de son environnement, contribuant ainsi à l'augmentation générale de l'entropie.
ID:(1399, 0)
Deuxième loi de la thermodynamique
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La deuxième loi de la thermodynamique stipule que dans tout processus de conversion d'énergie, une partie de l'énergie sera toujours perdue sous forme de chaleur résiduelle, et il est impossible de convertir complètement la chaleur en travail utile sans pertes. La fraction de chaleur qui ne peut pas être convertie en travail est libérée sous forme de chaleur résiduelle. Cette chaleur résiduelle augmente l'entropie (une mesure du désordre) du système et de son environnement, contribuant ainsi à l'augmentation générale de l'entropie.
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tant donn que le différentiel d'énergie interne ($dU$) est en relation avec le différence de chaleur inexacte ($\delta Q$) et le différentiel de travail inexact ($\delta W$) comme illustr ci-dessous :
Et il est connu que le différentiel de travail inexact ($\delta W$) est li a pression ($p$) et a variation de volume ($\Delta V$) comme suit :
Par cons quent, nous pouvons en conclure que :
Comme le différentiel d'énergie interne ($dU$) d pend de le différence de chaleur inexacte ($\delta Q$), a pression ($p$) et a variation de volume ($\Delta V$) selon l' quation :
et l'expression de la deuxi me loi de la thermodynamique avec a température absolue ($T$) et a variation d'entropie ($dS$) est la suivante :
nous pouvons en conclure que :
Exemples
La deuxi me loi de la thermodynamique stipule que, dans tout processus naturel, l'entropie totale d'un syst me isol ne peut jamais diminuer; elle ne peut que rester constante ou augmenter. L'entropie est une mesure du d sordre ou de l'al atoire, et cette loi implique que les processus naturels tendent voluer vers un tat de d sordre maximal. Cette loi explique pourquoi certains processus sont irr versibles et pourquoi l' nergie a tendance se disperser. Elle sous-tend galement le concept de la fl che du temps, donnant une direction au flux du temps bas e sur la progression vers un plus grand d sordre. En termes pratiques, la deuxi me loi dicte qu'aucun moteur thermique ne peut tre parfaitement efficace, car une partie de l' nergie sera toujours perdue sous forme de chaleur r siduelle, et elle fixe les limites fondamentales de l'efficacit de la conversion de l' nergie et du fonctionnement des moteurs thermiques, des r frig rateurs et d'autres syst mes.
La premi re loi de la thermodynamique stipule que l' nergie est conserv e, et en particulier, qu'il existe deux fa ons de modifier l' nergie interne du syst me, appel e a énergie interne ($U$). Cela peut tre r alis soit en ajoutant ou en retirant le teneur en calories ($Q$) et en effectuant un travail sur le syst me ou en permettant au syst me d'effectuer un travail, repr sent par le travail efficace ($W$).
La deuxi me loi restreint ces processus en limitant la conversion de a énergie interne ($U$) et de le travail efficace ($W$). En ce sens, elle tablit qu'il n'est pas possible que toute l' nergie le différentiel d'énergie interne ($dU$) soit compl tement convertie en travail utile le différentiel de travail inexact ($\delta W$), ce qui signifie que le différence de chaleur inexacte ($\delta Q$) ne peut jamais tre nul. En d'autres termes, il est impossible de convertir l' nergie interne en travail m canique sans subir une perte sous forme de chaleur (le différence de chaleur inexacte ($\delta Q$)).
Une deuxi me cons quence de la deuxi me loi est qu'il devient n cessaire d'introduire une nouvelle variable, qui joue le r le de le volume ($V$) pour le travail efficace ($W$), en tenant compte du fait que le teneur en calories ($Q$) joue le r le de r cepteur de l' nergie non utilis e pour la cr ation de travail. Cette nouvelle variable est appel e a entropie ($S$), et la troisi me loi exige que sa variation ( ERROR:8737) soit toujours positive ou nulle, mais jamais n gative.
Dans un syst me, un sous-syst me peut conna tre une diminution de l'entropie ($\Delta S_{sub}<0$), mais l'ensemble du syst me doit maintenir l'entropie constante ou conna tre une augmentation de l'entropie ($\Delta S_{total}\geq 0$), conform ment la troisi me loi.
La deuxi me loi de la thermodynamique est formul e partir de plusieurs publications [1,2], tablissant que il n'est pas possible de convertir compl tement l' nergie en travail utile. La diff rence entre ces quantit s est li e l' nergie non utilisable le différence de chaleur inexacte ($\delta Q$), qui correspond la chaleur g n r e ou absorb e dans le processus a température absolue ($T$).
Dans le cas de le différentiel de travail inexact ($\delta W$), il existe une relation entre la variable intensive a pression ($p$) et la variable extensive le volume ($V$), exprim e comme suit :
Une variable intensive se caract rise par la d finition de l' tat du syst me sans d pendre de sa taille. En ce sens, a pression ($p$) est une variable intensive, car elle d crit l' tat d'un syst me ind pendamment de sa taille. En revanche, une variable extensive, comme le volume ($V$), augmente avec la taille du syst me.
Dans le cas de le différence de chaleur inexacte ($\delta Q$), une variable extensive suppl mentaire est n cessaire pour compl ter la variable intensive a température absolue ($T$) et d finir la relation comme suit :
Cette nouvelle variable, que nous appellerons a entropie ($S$), est pr sent e ici sous sa forme diff rentielle (a variation d'entropie ($dS$)) et mod lise l'effet selon lequel toute l' nergie le différentiel d'énergie interne ($dU$) ne peut pas tre enti rement convertie en travail utile le différentiel de travail inexact ($\delta W$).
[1] " ber die bewegende Kraft der W rme und die Gesetze, welche sich daraus f r die W rmelehre selbst ableiten lassen" (Sur la force motrice de la chaleur et les lois qui en d coulent pour la th orie de la chaleur elle-m me), Rudolf Clausius, Annalen der Physik, 1850
[2] "On the Dynamical Theory of Heat" (Sur la th orie dynamique de la chaleur), William Thomson (Lord Kelvin), Transactions of the Royal Society of Edinburgh, 1851
tant donn que le différentiel d'énergie interne ($dU$) est en relation avec le différence de chaleur inexacte ($\delta Q$) et le différentiel de travail inexact ($\delta W$) comme illustr ci-dessous :
Et il est connu que le différentiel de travail inexact ($\delta W$) est li a pression ($p$) et a variation de volume ($\Delta V$) comme suit :
Par cons quent, nous pouvons en conclure que :
tant donn que a énergie interne ($U$) d pend de a entropie ($S$) et de le volume ($V$), le différentiel d'énergie interne ($dU$) peut tre calcul comme suit :
$dU = \left(\displaystyle\frac{\partial U}{\partial S}\right)_V dS + \left(\displaystyle\frac{\partial U}{\partial V}\right)_S dV$
Pour simplifier l' criture de cette expression, nous introduisons la notation pour la d riv e de a énergie interne ($U$) par rapport a entropie ($S$) en maintenant le volume ($V$) constant :
$DU_{S,V} \equiv \left(\displaystyle\frac{\partial U}{\partial S}\right)_V$
et pour la d riv e de a énergie interne ($U$) par rapport le volume ($V$) en maintenant a entropie ($S$) constant :
$DU_{V,S} \equiv \left(\displaystyle\frac{\partial U}{\partial V}\right)_S$
ainsi, nous pouvons crire :
Le différence de chaleur inexacte ($\delta Q$) est gal a température absolue ($T$) fois a variation d'entropie ($dS$)xa0:
Avec la premi re loi de la thermodynamique, cela peut tre exprim en termes de le différentiel d'énergie interne ($dU$), le différence de chaleur inexacte ($\delta Q$), a pression ($p$) et a variation de volume ($\Delta V$) comme suit :
La d pendance de le différentiel d'énergie interne ($dU$) sur a pression ($p$) et a variation de volume ($\Delta V$), en plus de a température absolue ($T$) et a variation d'entropie ($dS$) , est donn par :
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