La thermodynamique
La grandeur intensive dépend de l'extérieur du milieu , pression , température, tension électrique, tension d'un fil.
La grandeur extensive dépend du milieu, longueur d'un fil , surface du liquide, volume , charge électrique, entropie.
Le premier principe: le cas d'un système réversible
Au cours d'une transformation élémentaire, un système échange avec le milieu extérieur un travail et une quantité de chaleur.
Si le système est isolé, il n y a pas de possibilité d'échange de travail.
Si le système est ouvert, le système qui fournit le travail sans recevoir de chaleur s'épuise, le système ne pourra donc fournir indéfiniment du travail, le premier principe s'oppose au mouvement perpétuel.
L'énergie interne d'un système est la somme de travail et de chaleur dans un système isolé, le travail et la chaleur dépendent des étapes intermédiaires mais pas l'énergie interne.
Si cette énergie interne reçoit du travail c'est alors l'enthalpie du système, donc si l'enthalpie est négative, le système fournit de la chaleur au milieu externe par voix de conséquence l'énergie interne diminue, le système est donc plus stable car il ne peut plus fournir autant d'énergie libre: l'enthalpie libre est produite
Les transformations particulières
La transformation isotherme, la température est constante la pression décroît quand le volume augmente loi de Bayle-Mariotte.
La transformation isochore, le volume est constant, la chaleur échangée à volume constant est mesurée par la variation de l'énergie interne et ne dépend pas des étapes intermédiaires.
La transformation isobare, la pression est constante , la chaleur à pression constante est mesurée par la variation de l'enthalpie et ne dépend pas de l'étape intermédiaire.
La relation linéaire entre volume et température est la loi de Gay Lussac.
La transformation adiabetique à chaleur constante , la variation de chaleur et d'entropie sont nulles et ne dépendent pas des étapes intermédiaires.
Le deuxième principe ou principe d'évolution
impose des conditions restrictives au cours des transformations d'un système et permet donc de voir l'évolution du système.
Transformation cyclique monothermes
Le système n'échange de la chaleur qu'avec une seule source, dans le deuxième principe, il est impossible qu'un système fournisse du travail au milieu extérieur.
Transformation cyclique dithermes
Le système échange de la chaleur avec deux sources jusqu'à équilibre des échanges.
Il faut le contact de deux sources pour faire fonctionner une machine thermique.
L'énergie thermique ne peut entièrement se convertir en énergie mécanique ou électrique.
Cas du moteur thermique
Son rôle est de fournir du travail au milieu extérieur.
Il emprunte une quantité de chaleur à la source chaude en restituant obligatoirement une quantité de chaleur à la source froide sans restituer la même quantité de chaleur car sinon on est dans le cas du monothermes.
Transformation ouverte: entropie
La somme des variations de chaleur échangées par la source divisé par sa température, indépendante du chemin suivi, est mesurée par la variation de cette fonction d'état.
Si la variation de chaleur échangée par la source se fait à la même température que le système et la source, le système est réversible sinon il est inversible.
En conclusion, on ne peut transformer complètement la chaleur en travail.
La nature recherche l'entropie la plus élevée, le plus grand désordre pour donner le moins possible de l'énergie disponible, et, accroître sa stabilité, et ce désordre fournit de la chaleur.
On définit l'énergie libre, l'énergie utile, c'est la différence entre l'énergie interne et l'énergie inutilisable, c' est l'entropie multipliée par sa température.
On définit l'enthalpie libre comme égale à l'enthalpie moins l'entropie multipliée par la température, c'est à dire l'enthalpie totale moins l'énergie inutilisable qui donnera une énergie utile.
Troisième principe de la Thermodynamique
Tout solide à température fixe possède une énergie d'excitation intrinsèque correspondant à de la chaleur.
Au zéro absolu, un corps n'a aucune énergie d'excitation.
Au zéro absolu, tout corps a une entropie nulle (les verres à spin constituent une exception)
Toute quantité de chaleur reçue produit une augmentation de la température.
Au zéro absolu ,la capacité calorifique est égale à zéro.
Cependant à T=0, l'énergie cinétique n'est pas nulle car les atomes possèdent quantiquement une énergie du point zéro.
La thermodynamique chimique
La loi de Chatelier
qui règle le déplacement de l'équilibre sous des conditions venant de l'extérieur.
Une contrainte d'un système équilibré fait évoluer le système dans un sens qui tend à s'opposer à sa modification.
Enthalpie de réaction
Un bilan des enthalpies en présence permet de dire si une réaction chimique s'est effectuée sans apport d'énergie extérieur.
Si le bilan est négatif, la réaction s'effectue spontanément et est exothermique, l'enthalpie est produite.
Enthalpie libre
L'enthalpie libre par particules coïncide avec le potentiel chimique, s' il y a des corps purs et pas d'échanges d'autre forme d'énergie comme électrique.
Le potentiel de Gibbs est égal à l'énergie interne moins l'énergie indisponible, plus le produit de la pression et du volume.
L'enthalpie libre est donc égale à l'énergie interne moins l'énergie inutilisable plus le potentiel chimique de chaque molécule dans un système ouvert.
Potentiel chimique de n constituants repartis en x phases.
Relation de Gibbs Duhem.
L'énergie interne moins l'énergie indisponible moins le potentiel chimique est nulle.
La constante d'équilibre détermine la différence des enthalpies libre, si K est plus grand que 1 c'est que la réaction va dans le sens du produit de la réaction.
Application
Lorsque d'après le principe de la relativité, il y a un trou noir qui retient la lumière et la matière par courbure de l'espace temps. D'après le troisième principe, l'état d'excitation est tel que la température augmente lors de l'accumulation de la matière et du rayonnement, et provoque la rupture de la courbure de l'espace temps par explosion de la matière du rayonnement et anéantissement du trou noir, et observation d'une super nova.