5. Les principes de la thermodynamique
On peut maintenant exposer succinctement les postulats de cette théorie physique qu'est la thermodynamique d'équilibre : on passera d'abord en revue les « principes » qui la fondaient autrefois ; puis on présentera le postulat fondamental de la thermodynamique tel qu'on l'envisage aujourd'hui.
• Le premier principe
On résume souvent, à juste titre, le premier principe de la thermodynamique en disant qu'il affirme l'équivalence entre la chaleur et le travail ; il fait donc de la chaleur l'une des façons d'échanger de l'énergie, comme l'est déjà le travail.
Pour préciser, envisageons une transformation thermodynamique qui conduit le système étudié d'un état d'équilibre initial à un état d'équilibre final en lui faisant parcourir un certain chemin (au cours duquel il est en général hors d'équilibre). Le long de cette transformation, le milieu extérieur fournit au système un certain travail W et une certaine quantité de chaleur Q (W et Q sont comptés algébriquement : chacun d'eux est positif si le système le reçoit effectivement, négatif si c'est en fait le système qui le fournit à l'extérieur).
Le premier principe pose alors la conservation de l'énergie, travail et chaleur étant deux manières d'échanger cette grandeur : soit Ui l'énergie que renferme le système dans l'état initial de la transformation, soit Uf son énergie dans l'état final ; alors l'énergie (ΔU) qu'a gagnée le système au cours de la transformation – différence entre Uf et Ui – provient à la fois, et exclusivement, du travail W et de la chaleur Q que lui a fournis l'extérieur ; en grandeur et en signe, ΔU = W + Q où ΔU = Uf — Ui (définition).
Entre le même état initial et le même état final, on peut faire emprunter au système plusieurs chemins différents : il existe plusieurs transformations différentes qu'on peut l'astreindre à suivre, partant d'un état donné pour aboutir à un autre état spécifié à l'avance. L […]
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