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ENTROPIE

La notion d'entropie est née au plein milieu du xixe siècle. La théorie de la chaleur qui avait alors cours – celle du « fluide calorique » qu'avait développée Antoine Laurent de Lavoisier (1743-1794) – était fondée sur une hypothèse de conservation de la chaleur. Cette « loi » supposée impliquait, entre autres conséquences, que la chaleur contenue dans un corps isolé (dont tout échange avec l'extérieur est interdit) était invariable. Benjamin Thompson (1753-1814) montra pourtant, expérimentalement, que la chaleur ne se conserve pas. Devant le vide théorique ainsi créé, Rudolf Clausius (1822-1888), William Rankine (1820-1872) et William Thomson, lord Kelvin (1824-1907), cherchèrent, indépendamment les uns des autres, s'il pouvait exister une autre grandeur, apparentée à la chaleur, qui se conserverait. Ils étaient guidés en cela par les idées que Sadi Carnot (1796-1832) avait exposées dans un mémoire prémonitoire, La Puissance motrice du feu (1824). Le résultat de ces recherches fut l'invention de l'entropie (1854). Ce nom vient d'un mot grec, entropê, qui signifie « retour ».

La variation d'entropie

La variation d'entropie entre deux états d'un système thermodynamique se calcule à partir d'une transformation réversible (Carnot disait « idéale ») qui joint ces deux états. Supposons que, au cours de cette transformation, le système soit mis en contact avec plusieurs sources de chaleur, de températures absolues T1, T2,..., qui lui fournissent les quantités de chaleur (algébriques) Q1, Q2,... respectivement. La variation d'entropie ΔS entre les deux états considérés est la somme des quotients Q1/T1, Q2/T2,... associés aux diverses sources : ΔS = Q1/T+ Q2/T+... (transformation réversible).

Mais Clausius eut une intuition qui allait s'avérer primordiale. Partant du fait, qu'il avait élevé au rang de principe, que la chaleur ne s'écoule jamais d'un corps plus froid vers un corps plus chaud, il proposa que l'égalité précédente devînt, pour les transformations réelles, une inégalité, qui porte depuis le nom de Clausius : ΔS ≥ Q1/T1+ Q2/T2 +... ΔS est toujours la différence entre l'entropie du système dans son état final et celle de son état initial ; Q1 est la quantité de chaleur (comptée algébriquement) que le système a reçue de la source de température absolue T1,... ; l'inégalité de Clausius se transforme en égalité pour les transformations réversibles, et pour elles seulement.

L'inégalité de Clausius exprime de façon compacte le deuxième principe de la thermodynamique, dont les applications sont multiples et variées.

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Écrit par

  • : professeur émérite à l'université de Paris-VII-Denis-Diderot

. In Encyclopædia Universalis []. Disponible sur : (consulté le )

Média

Ludwig Boltzmann

Ludwig Boltzmann

Autres références

  • BOLTZMANN LUDWIG (1844-1906)

    • Écrit par Pierre COSTABEL
    • 1 634 mots
    • 1 média
    ...gaz par l'ensemble des nombres n et précisa la probabilité relative de cet état. Il montra que le logarithme de la probabilité coïncide avec l' entropie S, à un facteur et à une constante k près, dans l'état d'équilibre thermodynamique, et que cette probabilité conserve un sens pendant tout processus...
  • CLAUSIUS RUDOLF (1822-1888)

    • Écrit par Robert FOX
    • 1 001 mots
    En 1854, Clausius, poussant plus avant les vues exprimées dès 1850, proposa le premier énoncé clair du concept de l'entropie. Il cherchait à mesurer l'aptitude de l'énergie calorifique de n'importe quel système réel non idéal à fournir du travail. Dans le cas de la conduction ...
  • ÉNERGIE - La notion

    • Écrit par Julien BOK
    • 7 543 mots
    • 4 médias
    ...configuration microscopique correspondant à un même état thermodynamique d'énergie donnée a la même probabilité d'être réalisée : principe microcanonique. L'état macroscopique qui est le plus probable est celui qui correspond au nombre maximal Ω de configurations microscopiques possibles. On définit l'entropie...
  • HASARD & NÉCESSITÉ

    • Écrit par Universalis, Ilya PRIGOGINE, Isabelle STENGERS
    • 9 614 mots
    ...vain de séparer déterminisme dynamique et réversibilité (I. Prigogine et I. Stengers, 1988), c'est-à-dire de montrer que l'évolution irréversible, à entropie croissante, vers l' équilibre thermodynamique si elle n'avait pas de sens en ce qui concerne une particule individuelle, pouvait prendre un sens...
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Voir aussi