Transfert de chaleur et entropie

Seconde loi de la thermodynamique
samedi 23 novembre 2013
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Deux réservoirs thermiques à la même température T2=T1 peuvent, théoriquement, échanger une quantité de chaleur Δq dans les deux sens. Il s’agit alors d’un processus réversible et Δq peut être désigné par Δqrév. Par convention, Δq est positif si la chaleur pénètre dans le réservoir et négatif lorsqu’elle sort du réservoir. Lorsque T2 > T1, on constate expérimentalement que Δq circule toujours spontanément et d’une manière irréversible du réservoir chaud vers le réservoir froid. Mais on peut encore écrire Δq=Δqrév si on considère une infinité de réservoirs intermédiaires dont la température varie infinitésimalement entre T2 et T1.

Un incrément Δq représente le processus d’échange de chaleur entre deux systèmes. On ne peut dire d’aucun système qu’il possède une quantité de chaleur Q. Dans la terminologie usuelle Q n’est pas une fonction d’état pour un système thermodynamique. Mais dqrév/T représente la différentielle dS d’une fonction d’état S appelée entropie.

Une formulation brève de la deuxième loi de la thermodynamique consiste à dire que l’entropie S d’un système isolé (ou de l’univers entier) croît toujours dans un processus spontané : ΔS>0. Le processus inverse est inaccessible. Le cas limite ΔS=0 qui correspond à un processus réversible est une idéalisation.

Un énoncé opérationnel de la deuxième loi de la thermodynamique dû à Clausius dit : « Un processus dont le seul résultat final serait de transférer de la chaleur d’un corps à une température donnée à un corps à une température plus élevée est impossible ».


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