THERMODYNAMIQUELois fondamentales

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Le principe d'équivalence des unités de chaleur et de travail est généralement attribué au médecin allemand J. R. von Mayer, qui l'a formulé pour la première fois en 1842 dans ses Remarques sur les forces inanimées de la nature. Mais on doit aussi associer à la même découverte le nom de J. P. Joule avec, comme précurseurs, B. Thompson (comte Rumford, 1753-1814) et, semble-t-il aussi, Sadi Carnot (1796-1832), connu surtout pour sa contribution fondamentale au second principe.

Julius von Mayer

Photographie : Julius von Mayer

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Le physicien et médecin allemand Julius Robert von Mayer (1814-1878). 

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James Prescott Joule

Photographie : James Prescott Joule

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Le physicien britannique James Prescott Joule (1818-1889) compte parmi les plus importants fondateurs de la thermodynamique. 

Crédits : Hulton Archive/ Getty Images

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Le premier principe

Pour un système fermé, le principe d'équivalence conduit à l'expression générale suivante du premier principe (dans un système unifié d'unités) :

La quantité U2 − U1 correspond à l'accroissement de l'énergie U du système entre l'état initial 1 et l'état final 2. La quantité Q est la chaleur reçue par le système, et W est le travail fourni au milieu extérieur.

L'énergie U se présente donc comme une fonction d'état, et le premier principe de la thermodynamique exprime dans sa généralité une propriété de conservation de cette énergie, car, pour un système isolé du monde extérieur, on a Q = 0 et W = 0, ce qui entraîne U1 = U2. D'où le nom de principe de la conservation de l'énergie, dont l'adoption revient à admettre l'impossibilité d'un moteur perpétuel et exige, en outre, l'abandon du vieux concept de calorique (cf. thermodynamique - Histoire).

Il est souvent commode de disposer de la forme différentielle du premier principe en vue de son application aux transformations infinitésimales. On écrit dans ce cas :

dQ désigne la quantité de chaleur élémentaire reçue par le système pendant le temps dt, et dW le travail correspondant fourni au milieu extérieur.

Il faut cependant souligner que, dans cette formulation, seule la quantité dU représente une différentielle exacte des variables décrivant l'état du système.

Dans le cas particulier d'un fluide à pression p uniforme, le travail élémentaire dW se réduit au produit pdV et l'énergie totale U, à l'énergie interne E [...]


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Carnot : cycle de gaz parfait

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Écrit par :

  • : professeur émérite de la faculté des sciences à l'université de Bruxelles, président d'honneur de l'Institut international du froid, membre de l'Académie royale
  • : directeur des Instituts internationaux de physique et de chimie, fondés par Ernest Solvay à Bruxelles, Ashbel Smith regental professor, université du Texas à Austin, directeur du Ilya Prigogine Center of Studies in Statistical Mechanics and Complex Systems, université du Texas à Austin

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Pour citer l’article

Paul GLANSDORFF, Ilya PRIGOGINE, « THERMODYNAMIQUE - Lois fondamentales », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 24 novembre 2020. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/thermodynamique-lois-fondamentales/