THERMODYNAMIQUE (notions de base)

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La formulation du problème

Les propriétés et l'évolution d'un objet macroscopique découlent directement et uniquement des propriétés et de l'évolution de ses constituants microscopiques. Or la mécanique microscopique s'appuie sur les concepts de force et d'énergie, de vitesse et d'accélération. D'où pourraient émerger, dans un cadre aussi strict, les notions de température et de chaleur ? À l'inverse, comment un corps macroscopique, fait pourtant de myriades de particules microscopiques, peut-il être décrit par un nombre restreint de paramètres (ne dépassant pas la dizaine), comme veut le faire la thermodynamique ?

Le lien fondamental entre la mécanique, qui gouverne le comportement détaillé des constituants microscopiques, et la thermodynamique, qui rend compte des propriétés des corps macroscopiques, est établi par la mécanique statistique, inventée en 1872 par Ludwig Boltzmann. Elle se fonde sur l'énormité même du nombre d'Avogadro, qui lui permet l'utilisation de méthodes probabilistes sans qu'il en résulte pour autant une quelconque imprécision dans l'évaluation des grandeurs macroscopiques associées au système dans son ensemble. C'est à travers ce traitement statistique des données microscopiques que se font jour, au niveau macroscopique, les grandeurs nouvelles que sont la température, la chaleur et l'entropie. Ainsi la température d'un gaz – notion purement macroscopique – mesure-t-elle essentiellement la valeur moyenne (au sens probabiliste) de l'énergie cinétique des particules microscopiques qui le constituent.

C'est au cours de la première moitié du xixe siècle que la thermodynamique s'est élaborée et instituée comme théorie physique au plein sens du terme. Se posaient alors deux questions fondamentales : d'une part, qu'est-ce que la chaleur ? d'autre part, comment la transformer au mieux en travail mécanique ?

La seconde question fut résolue par [...]


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Écrit par :

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

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Pour citer l’article

Bernard DIU, « THERMODYNAMIQUE (notions de base) », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 10 octobre 2019. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/thermodynamique-notions-de-base/