Irréversibilité et Création d’Entropie
Contexte : La Thermodynamique ClassiqueBranche de la physique qui étudie les transformations de l'énergie et ses relations avec la chaleur, le travail et la température..
Cet exercice explore l'un des concepts les plus fondamentaux du second principe de la thermodynamique : la création d'entropie lors d'une transformation irréversible. Nous étudierons le cas classique d'un bloc de cuivre chaud mis en contact avec un grand bain d'eau froide (un thermostat). En calculant les variations d'entropie du bloc (système) et de l'eau (milieu extérieur), nous quantifierons l'irréversibilitéCaractéristique d'une transformation qui ne peut pas revenir à son état initial spontanément. Elle est associée à une augmentation de l'entropie totale de l'univers. de ce processus de transfert thermique spontané.
Remarque Pédagogique : Cet exercice vous apprendra à appliquer concrètement le second principe de la thermodynamique. Il vous montrera comment l'entropie créée est une mesure directe du caractère irréversible d'une transformation réelle, comme le refroidissement d'un objet.
Objectifs Pédagogiques
- Distinguer une transformation réversible d’une transformation irréversible.
- Calculer les variations d’entropie du système et du milieu extérieur.
- Appliquer le second principe pour calculer l’entropie créée et conclure sur l’irréversibilité.
Données de l'étude
Fiche Technique
| Caractéristique | Description |
|---|---|
| Système | Bloc de Cuivre (phase solide) |
| Milieu extérieur | Thermostat (grand bain d'eau) |
| Transformation | Monotherme et Isobare (pression constante) |
Schéma de la situation physique
| Nom du Paramètre | Symbole | Valeur | Unité |
|---|---|---|---|
| Masse du bloc de cuivre | \(m\) | 1.0 | kg |
| Température initiale du cuivre | \(T_{\text{i}}\) | 100 | °C |
| Température du thermostat | \(T_{\text{ext}}\) | 20 | °C |
| Capacité thermique du cuivre | \(c\) | 385 | J.kg⁻¹.K⁻¹ |
Questions à traiter
- Quelle est la température finale \(T_{\text{f}}\) du bloc de cuivre ? Justifier.
- Calculer la chaleur \(Q\) échangée par le bloc de cuivre (le système) au cours de son refroidissement.
- Calculer la variation d'entropie \(\Delta S_{\text{syst}}\) du bloc de cuivre.
- Calculer la variation d'entropie \(\Delta S_{\text{ext}}\) du milieu extérieur (thermostat).
- En déduire l'entropie créée \(S_{\text{créée}}\) pour l'univers. Conclure sur la nature de la transformation.
Les bases sur l'Entropie et le Second Principe
Le second principe de la thermodynamique introduit une fonction d'état appelée entropie (\(S\)), qui est souvent interprétée comme une mesure du désordre d'un système. Pour toute transformation réelle, l'entropie de l'univers (système + milieu extérieur) ne peut qu'augmenter ou rester constante. Cette augmentation est appelée "entropie créée".
1. Variation d'Entropie d'une phase condensée
Pour un solide ou un liquide (phase condensée incompressible et indilatable) subissant une variation de température de \(T_{\text{i}}\) à \(T_{\text{f}}\) sans changement d'état, la variation d'entropie est donnée par :
\[ \Delta S_{\text{syst}} = \int_{T_{\text{i}}}^{T_{\text{f}}} \frac{\delta Q}{T} = \int_{T_{\text{i}}}^{T_{\text{f}}} \frac{m \cdot c \cdot \text{d}T}{T} = m \cdot c \cdot \ln\left(\frac{T_{\text{f}}}{T_{\text{i}}}\right) \]
2. Second Principe et Entropie Créée
Le second principe stipule que la variation d'entropie de l'univers est égale à l'entropie créée (\(S_{\text{créée}}\)) et est toujours positive ou nulle.
\[ \Delta S_{\text{univers}} = \Delta S_{\text{syst}} + \Delta S_{\text{ext}} = S_{\text{créée}} \ge 0 \]
Une transformation est dite :
- Irréversible si \(S_{\text{créée}} > 0\) (cas de toutes les transformations réelles).
- Réversible si \(S_{\text{créée}} = 0\) (cas d'une transformation idéale quasi-statique).
Correction : Irréversibilité et Création d’Entropie
Question 1 : Quelle est la température finale \(T_{\text{f}}\) du bloc de cuivre ?
Principe
Le concept clé ici est l'équilibre thermique. Lorsqu'on met en contact deux corps à des températures différentes, un transfert d'énergie thermique (chaleur) s'opère spontanément du corps chaud vers le corps froid. Ce transfert s'arrête lorsque les deux corps atteignent la même température. C'est cet état final commun que l'on nomme l'équilibre thermique.
Mini-Cours
Thermostats et Équilibre : Un thermostat est un système idéal dont la capacité thermique est considérée comme infinie. Concrètement, cela signifie qu'il peut absorber ou céder une quantité finie de chaleur sans que sa température ne varie. Lorsqu'un système fini (le bloc de cuivre) est mis en contact avec un thermostat (le grand bain d'eau), c'est la température du thermostat qui impose la température d'équilibre final à l'ensemble.
Remarque Pédagogique
La première étape dans un problème de thermodynamique est toujours d'identifier clairement l'état initial et l'état final. Ici, l'état final est défini par l'équilibre thermique avec la source de température la plus "puissante", c'est-à-dire le thermostat. Ne vous laissez pas impressionner par le manque de calcul : la justification est purement conceptuelle.
Normes
Ce raisonnement s'appuie sur le Principe Zéro de la Thermodynamique. Ce principe postule que si deux systèmes sont en équilibre thermique avec un troisième, alors ils sont aussi en équilibre thermique entre eux. Il établit la température comme un indicateur fondamental de l'équilibre thermique.
Formule(s)
Égalité des températures à l'équilibre
Hypothèses
Le cadre de notre calcul repose sur deux hypothèses majeures :
- Le bain d'eau est un thermostat parfait : sa température reste rigoureusement constante à \(T_{\text{ext}}\).
- On attend un temps suffisamment long pour que l'équilibre thermique soit complètement atteint.
Donnée(s)
La seule donnée numérique nécessaire pour cette question est la température du thermostat.
| Paramètre | Symbole | Valeur | Unité |
|---|---|---|---|
| Température du thermostat | \(T_{\text{ext}}\) | 20 | °C |
Astuces
Pour toute la suite de l'exercice, prenez l'habitude de convertir immédiatement toutes les températures en Kelvin, l'unité absolue de la thermodynamique, en utilisant la formule \(T(\text{K}) = T(^{\circ}\text{C}) + 273.15\). Cela vous évitera de nombreuses erreurs.
Schéma (Avant les calculs)
État Initial vs. État Final
Calcul(s)
Identification de la température finale
Conversion en Kelvin
Schéma (Après les calculs)
Évolution de la Température du Système
Réflexions
Le résultat est intuitif : un objet chaud plongé dans l'eau froide finit par prendre la température de l'eau. La formalisation thermodynamique via le concept de thermostat nous permet de déterminer cet état final sans avoir à considérer la masse d'eau ou sa capacité thermique (tant qu'elles sont "grandes").
Points de vigilance
Ne confondez pas la température finale du système avec une moyenne des températures initiale et extérieure. C'est la température du thermostat qui "gagne" et s'impose à l'état final.
Points à retenir
La maîtrise de cette question passe par la compréhension de deux points essentiels :
- Un système en contact avec un thermostat atteint à l'équilibre la température de ce thermostat.
- L'unité de température de référence en thermodynamique est le Kelvin (K).
Le saviez-vous ?
Le concept de "Principe Zéro" a été formulé après les premier et second principes. Il semblait si fondamental pour définir la notion même de température qu'il a été jugé nécessaire de le placer "avant" le premier, d'où son nom inhabituel.
FAQ
Résultat Final
A vous de jouer
Si le même bloc de cuivre avait été plongé dans un bain d'huile maintenu à 50 °C, quelle aurait été sa température finale en Kelvin ?
Question 2 : Calculer la chaleur \(Q\) échangée par le bloc de cuivre.
Principe
Le concept physique est celui de la capacité thermique (ou calorifique). C'est la propriété d'un matériau qui quantifie la quantité d'énergie thermique qu'il faut lui fournir pour augmenter sa température d'un degré. Ici, nous utilisons cette propriété pour calculer la chaleur totale cédée par le cuivre lors de son refroidissement de \(T_{\text{i}}\) à \(T_{\text{f}}\).
Mini-Cours
Chaleur et Premier Principe : Pour un système qui n'échange pas de travail avec l'extérieur (pas de changement de volume, pas de forces mécaniques), le premier principe de la thermodynamique stipule que la variation de son énergie interne \(\Delta U\) est égale à la chaleur échangée \(Q\). La formule \(Q = m \cdot c \cdot \Delta T\) est une application directe de ce principe pour une phase condensée dont la capacité thermique est supposée constante.
Remarque Pédagogique
Portez une attention particulière à la convention de signe. En thermodynamique, l'énergie (chaleur ou travail) est comptée positivement si elle est reçue par le système et négativement si elle est cédée par le système. Comme le cuivre se refroidit, il cède de la chaleur : attendez-vous donc à trouver un résultat négatif.
Normes
Le calcul se base sur le Premier Principe de la Thermodynamique (principe de conservation de l'énergie) appliqué à un système fermé (le bloc de cuivre).
Formule(s)
Formule de la chaleur sensible
Hypothèses
On suppose que la capacité thermique massique du cuivre, \(c\), est constante sur l'intervalle de température considéré (entre 20°C et 100°C), ce qui est une excellente approximation pour la plupart des solides.
Donnée(s)
Nous regroupons toutes les données nécessaires, en veillant à la cohérence des unités et en utilisant les températures en Kelvin.
| Paramètre | Symbole | Valeur | Unité |
|---|---|---|---|
| Masse de cuivre | \(m\) | 1.0 | kg |
| Capacité thermique | \(c\) | 385 | J.kg⁻¹.K⁻¹ |
| Température finale | \(T_{\text{f}}\) | 293.15 | K |
| Température initiale | \(T_{\text{i}}\) | 373.15 | K |
Astuces
Avant même de calculer, faites une vérification de bon sens : le système se refroidit (\(T_{\text{f}} < T_{\text{i}}\)), donc le terme \((T_{\text{f}} - T_{\text{i}})\) sera négatif. Par conséquent, \(Q\) doit être négatif. Si vous trouvez un résultat positif, vous avez probablement inversé les températures.
Schéma (Avant les calculs)
Flux de Chaleur sortant du Système
Calcul(s)
Calcul de la chaleur échangée Q
Schéma (Après les calculs)
Bilan des Flux de Chaleur
Réflexions
Le signe négatif de \(Q\) confirme que le système (le cuivre) a cédé 30.8 kJ d'énergie thermique au milieu extérieur. Cette énergie a été absorbée par le bain d'eau. C'est la manifestation macroscopique du second principe : l'énergie s'écoule spontanément de la source chaude vers la source froide.
Points de vigilance
L'erreur la plus fréquente ici est une erreur de signe. Rappelez-vous toujours : \(Q = m \cdot c \cdot (T_{\text{FINALE}} - T_{\text{INITIALE}})\). Inverser ces termes changera le signe et mènera à une interprétation physique incorrecte.
Points à retenir
Pour cette question, retenez la formule de la chaleur échangée \(Q = mc\Delta T\) et la convention de signe thermodynamique : cédé = négatif, reçu = positif. C'est un pilier de la calorimétrie.
Le saviez-vous ?
James Prescott Joule, qui a donné son nom à l'unité d'énergie, a démontré l'équivalence entre travail mécanique et chaleur par une célèbre expérience où la chute d'un poids faisait tourner une palette dans l'eau, provoquant son échauffement. Il a ainsi jeté les bases du premier principe de la thermodynamique.
FAQ
Résultat Final
A vous de jouer
Quelle serait la chaleur échangée si la masse du bloc de cuivre était de 2.5 kg, pour les mêmes températures ?
Question 3 : Calculer la variation d'entropie \(\Delta S_{\text{syst}}\) du bloc de cuivre.
Principe
L'entropie \(S\) est une fonction d'état. Cela signifie que sa variation \(\Delta S\) entre deux états ne dépend que des caractéristiques de l'état initial (ici, \(T_{\text{i}}\)) et de l'état final (\(T_{\text{f}}\)), et non du chemin suivi pour passer de l'un à l'autre. Même si notre transformation est irréversible, on peut calculer \(\Delta S\) en imaginant un chemin réversible équivalent (une succession de contacts avec des thermostats à des températures infinitésimalement proches) qui mène au même état final.
Mini-Cours
Définition de l'entropie : La variation d'entropie élémentaire \(\text{d}S\) est définie pour une transformation réversible comme \(\text{d}S = \frac{\delta Q_{\text{rev}}}{T}\). Pour obtenir la variation totale sur une transformation, on intègre cette quantité. Pour une phase condensée, \(\delta Q_{\text{rev}} = m \cdot c \cdot \text{d}T\), ce qui mène à l'intégrale \(\int (mc/T)\text{d}T\), dont le résultat est une fonction logarithmique. Le logarithme apparaît car l'impact d'une même quantité de chaleur sur le "désordre" est plus grand à basse température qu'à haute température.
Remarque Pédagogique
Ne soyez pas troublé par le fait que la transformation réelle est irréversible. Puisque l'entropie est une fonction d'état, on a le droit de choisir le chemin de calcul le plus simple pour relier les états initial et final, qui est un chemin réversible imaginaire. Le résultat \(\Delta S_{\text{syst}}\) sera le même pour la transformation réelle.
Normes
Le calcul découle de la définition thermodynamique de la variation d'entropie (Inégalité de Clausius), qui établit que pour toute transformation, \(\Delta S \ge \int \frac{\delta Q}{T_{\text{ext}}}\). Pour le chemin réversible imaginaire, cette inégalité devient une égalité, ce qui nous permet de calculer \(\Delta S\).
Formule(s)
Variation d'entropie d'une phase condensée
Hypothèses
On maintient l'hypothèse que la capacité thermique \(c\) du cuivre est constante sur l'intervalle de température. L'état du système est entièrement défini par sa température.
Donnée(s)
Les données sont les mêmes que pour la question précédente, mais il est maintenant absolument crucial que les températures dans le logarithme soient en Kelvin.
| Paramètre | Symbole | Valeur | Unité |
|---|---|---|---|
| Masse de cuivre | \(m\) | 1.0 | kg |
| Capacité thermique | \(c\) | 385 | J.kg⁻¹.K⁻¹ |
| Température finale | \(T_{\text{f}}\) | 293.15 | K |
| Température initiale | \(T_{\text{i}}\) | 373.15 | K |
Astuces
Le rapport \(T_{\text{f}}/T_{\text{i}}\) est sans dimension, ce qui est obligatoire pour un logarithme. Si \(T_{\text{f}} < T_{\text{i}}\) (refroidissement), le rapport est inférieur à 1, et son logarithme est négatif, donc \(\Delta S\) sera négatif. Si \(T_{\text{f}} > T_{\text{i}}\) (échauffement), le rapport est supérieur à 1, et \(\Delta S\) sera positif. C'est une vérification rapide du signe.
Schéma (Avant les calculs)
Trajectoire sur un diagramme T-S
Calcul(s)
Calcul de la variation d'entropie du système
Schéma (Après les calculs)
Trajectoire sur un diagramme T-S
Réflexions
Une variation d'entropie négative (\(\Delta S_{\text{syst}} < 0\)) est tout à fait possible pour un système ouvert ou fermé. Cela signifie simplement que le système est devenu plus "ordonné". Cela ne contredit pas le second principe, qui s'applique à l'univers (système + extérieur) dans son ensemble.
Points de vigilance
L'erreur la plus grave serait d'utiliser les températures en Celsius dans le logarithme. Le résultat serait complètement faux car le logarithme dépend du zéro de l'échelle, et l'échelle Celsius est arbitraire. Toujours utiliser les Kelvins !
Points à retenir
Retenez que pour une phase condensée, \(\Delta S = m c \ln(T_{\text{f}}/T_{\text{i}})\). Comprenez également que même si la transformation est irréversible, on utilise un chemin réversible fictif pour ce calcul car l'entropie est une fonction d'état.
Le saviez-vous ?
Le concept d'entropie a été introduit par le physicien allemand Rudolf Clausius en 1865. Il a forgé le mot "entropie" à partir du grec "entropê", qui signifie "transformation" ou "changement", pour créer un terme analogue à "énergie".
FAQ
Résultat Final
A vous de jouer
Le bloc est maintenant refroidi jusqu'à 0°C (273.15 K). Quelle est la nouvelle variation de son entropie ?
Question 4 : Calculer la variation d'entropie \(\Delta S_{\text{ext}}\) du milieu extérieur.
Principe
Le milieu extérieur est un thermostat. Il subit une transformation monotherme réversible : il reçoit une quantité de chaleur \(Q_{\text{ext}}\) tout en restant à une température \(T_{\text{ext}}\) rigoureusement constante. Dans ce cas particulier, le calcul de la variation d'entropie est beaucoup plus direct que pour le système qui change de température.
Mini-Cours
Entropie d'échange : La variation d'entropie du thermostat est purement une "entropie d'échange". Elle n'est liée qu'à la chaleur qui traverse sa frontière, divisée par la température (constante) de cette frontière. Il n'y a pas de "création" d'entropie à l'intérieur du thermostat lui-même, car on le considère comme un système idéal qui évolue de façon réversible.
Remarque Pédagogique
La clé ici est de bien faire la distinction entre le système et le milieu extérieur. La formule pour \(\Delta S\) n'est pas la même ! Pour le système, T variait, d'où le logarithme. Pour le thermostat, T est constant, d'où une simple division. Identifiez toujours la nature de votre système avant de choisir la formule.
Normes
Ce calcul est une application directe de la définition de l'entropie d'échange pour une source monotherme, qui découle également du second principe de la thermodynamique.
Formule(s)
Relation chaleur système/extérieur
Variation d'entropie du thermostat
Hypothèses
L'hypothèse fondamentale est que la température du milieu extérieur, \(T_{\text{ext}}\), est parfaitement constante durant tout le processus de transfert de chaleur. C'est la définition même du thermostat.
Donnée(s)
Nous avons besoin de deux valeurs calculées ou données précédemment.
| Paramètre | Symbole | Valeur | Unité |
|---|---|---|---|
| Chaleur cédée par le système | \(Q\) | -30800 | J |
| Température du thermostat | \(T_{\text{ext}}\) | 293.15 | K |
Astuces
Le signe de \(\Delta S_{\text{ext}}\) est toujours le même que celui de la chaleur qu'il reçoit (\(Q_{\text{ext}}\)). Ici, le thermostat reçoit de la chaleur (\(Q_{\text{ext}} = -Q = +30800 \text{ J} > 0\)), donc sa variation d'entropie doit être positive.
Schéma (Avant les calculs)
Flux de Chaleur entrant dans le Thermostat
Calcul(s)
Calcul de la chaleur reçue par l'extérieur
Calcul de la variation d'entropie de l'extérieur
Schéma (Après les calculs)
Évolution de l'entropie du thermostat
Réflexions
On observe que \(\Delta S_{\text{ext}}\) est positif et supérieur en valeur absolue à \(\Delta S_{\text{syst}}\) (qui était de -92.90 J.K⁻¹). L'augmentation d'entropie (désordre) du milieu extérieur est plus grande que la diminution d'entropie (ordre) du système. Cette non-compensation est la signature de l'irréversibilité.
Points de vigilance
Deux erreurs classiques :
- Utiliser la mauvaise température (par ex. \(T_{\text{i}}\) ou une moyenne) au lieu de la température constante du thermostat, \(T_{\text{ext}}\).
- Se tromper dans le signe de la chaleur. C'est bien la chaleur reçue par l'extérieur qu'il faut utiliser.
Points à retenir
La formule clé pour un thermostat est \(\Delta S_{\text{thermostat}} = Q_{\text{reçue}} / T_{\text{constante}}\). Cette formule simple est très fréquemment utilisée dans les problèmes de thermodynamique.
Le saviez-vous ?
Le concept de "mort thermique de l'univers" est une extrapolation du second principe. Si l'univers est un système isolé, son entropie totale ne peut qu'augmenter, tendant vers un état d'équilibre final où toutes les températures s'uniformisent. Dans cet état, plus aucun transfert d'énergie ne serait possible, et toute activité cesserait.
FAQ
Résultat Final
A vous de jouer
Si le thermostat avait reçu 50 kJ de chaleur à une température de 300 K, quelle aurait été sa variation d'entropie ?
Question 5 : Calculer l'entropie créée \(S_{\text{créée}}\) et conclure.
Principe
Le second principe de la thermodynamique postule que pour toute transformation d'un système isolé, sa variation d'entropie est positive (transformation irréversible) ou nulle (transformation réversible). On considère l'univers (défini comme l'ensemble {système + milieu extérieur}) comme un système isolé. L'entropie créée est précisément cette variation d'entropie de l'univers.
Mini-Cours
Entropie créée vs. Entropie d'échange : La variation d'entropie d'un système \(\Delta S_{\text{syst}}\) peut toujours être décomposée en deux termes : \(\Delta S_{\text{syst}} = S_{\text{e}} + S_{\text{i}}\). \(S_{\text{e}}\) est l'entropie d'échange (liée à \(\Delta S_{\text{ext}}\)), due à la chaleur traversant les frontières. \(S_{\text{i}}\) est l'entropie interne, ou créée (\(S_{\text{créée}}\)), due aux irréversibilités au sein du système. Le second principe dit que \(S_{\text{i}} \ge 0\). Dans notre approche, on calcule plus simplement \(S_{\text{créée}} = \Delta S_{\text{syst}} + \Delta S_{\text{ext}}\).
Remarque Pédagogique
C'est la question de synthèse. Elle rassemble tous les résultats précédents pour aboutir à la conclusion la plus importante de l'exercice. Le calcul est simple (une addition), mais l'interprétation du résultat est fondamentale. C'est ici que vous prouvez votre compréhension du second principe.
Normes
C'est l'application directe de l'Inégalité de Clausius pour un système isolé (l'univers), qui est l'énoncé mathématique du Second Principe de la Thermodynamique.
Formule(s)
Bilan d'entropie pour l'univers
Hypothèses
L'hypothèse cruciale est que l'ensemble {bloc de cuivre + bain d'eau} forme un système isolé du reste de l'univers. Il n'y a pas d'autres échanges de chaleur avec l'extérieur de ce système global.
Donnée(s)
On utilise les résultats des deux questions précédentes.
| Paramètre | Symbole | Valeur | Unité |
|---|---|---|---|
| Variation d'entropie du système | \(\Delta S_{\text{syst}}\) | -92.90 | J.K⁻¹ |
| Variation d'entropie de l'extérieur | \(\Delta S_{\text{ext}}\) | +105.07 | J.K⁻¹ |
Astuces
L'entropie créée ne peut jamais être négative. Si votre calcul final vous donne \(S_{\text{créée}} < 0\), vous avez obligatoirement fait une erreur en amont. C'est un excellent moyen de vérifier la cohérence de vos résultats.
Schéma (Avant les calculs)
Frontière du Système Isolé "Univers"
Calcul(s)
Somme des variations d'entropie
Schéma (Après les calculs)
Bilan d'Entropie de l'Univers
Réflexions
Le résultat \(S_{\text{créée}} = +12.17 \text{ J.K}^{-1}\) est strictement positif. Conformément au second principe, cela prouve que la transformation étudiée est irréversible. Cette création d'entropie quantifie l'irréversibilité : plus l'écart de température initial est grand, plus l'entropie créée est importante. Le processus est spontané et ne peut pas s'inverser naturellement (le cuivre ne va pas se réchauffer spontanément en prélevant de la chaleur à l'eau froide).
Points de vigilance
Ne concluez jamais sur la nature de la transformation en regardant uniquement \(\Delta S_{\text{syst}}\). Le système peut très bien voir son entropie diminuer (comme ici), la transformation restant globalement irréversible. C'est le signe de \(\Delta S_{\text{univers}}\) qui est le seul juge.
Points à retenir
La conclusion de tout exercice sur le second principe repose sur ce bilan :
- Calculer \(\Delta S\) pour chaque partie du problème (système, extérieur).
- Les additionner pour trouver \(\Delta S_{\text{univers}} = S_{\text{créée}}\).
- Conclure : \(S_{\text{créée}} > 0 \Rightarrow \text{Irréversible}\). \(S_{\text{créée}} = 0 \Rightarrow \text{Réversible (idéal)}\).
Le saviez-vous ?
Ludwig Boltzmann a proposé une interprétation statistique de l'entropie avec sa célèbre formule \(S = k_B \ln(\Omega)\), gravée sur sa tombe. \(\Omega\) représente le nombre d'états microscopiques (positions et vitesses des atomes) correspondant à un même état macroscopique (pression, température). L'irréversibilité s'explique alors comme l'évolution spontanée d'un système d'un état peu probable (ordonné, peu d'états microscopiques) vers son état le plus probable (désordonné, un nombre immense d'états microscopiques).
FAQ
Résultat Final
A vous de jouer
Si le bloc de cuivre était initialement à 21°C et le bain à 20°C, l'entropie créée serait-elle plus grande ou plus petite que 12.17 J.K⁻¹ ? Calculez sa valeur.
Outil Interactif : Influence des Températures
Utilisez les curseurs ci-dessous pour faire varier la température initiale du bloc de cuivre et la température du bain d'eau. Observez comment l'entropie créée, qui mesure l'irréversibilité, évolue. Que se passe-t-il lorsque les deux températures deviennent très proches ?
Paramètres d'Entrée
Résultats Clés
Quiz Final : Testez vos connaissances
1. Selon le second principe de la thermodynamique, l'entropie créée (\(S_{\text{créée}}\)) lors d'une transformation...
2. Dans cet exercice, pourquoi la transformation est-elle qualifiée d'irréversible ?
3. Quelle est l'unité de l'entropie dans le Système International ?
4. Si l'on avait refroidi le bloc de cuivre de manière parfaitement réversible (par une succession infinie de thermostats), quelle aurait été la valeur de \(S_{\text{créée}}\) ?
5. Que peut-on dire des variations d'entropie du système et du milieu extérieur ?
Glossaire
- Entropie (S)
- Fonction d'état thermodynamique qui quantifie le désordre microscopique d'un système. Son unité est le Joule par Kelvin (J.K⁻¹). La variation d'entropie d'un système ne dépend que de son état initial et de son état final.
- Transformation Irréversible
- Transformation réelle qui se déroule spontanément et ne peut pas être inversée pour revenir à l'état initial sans laisser de modification sur le milieu extérieur. Elle est caractérisée par une création d'entropie (\(S_{\text{créée}} > 0\)).
- Thermostat
- Système de très grande capacité thermique, capable d'échanger de la chaleur avec un autre système sans que sa propre température ne varie de manière appréciable.
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