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Ludwig Boltzmann

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Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz

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Wilhelm Ostwald

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Josiah Willars Gibbs

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La thermodynamique est une science relativement jeune. Elle a pris naissance au xixe siècle sous la forme d'une discipline embrassant l'étude de toutes les transformations qui s'accomplissent à notre échelle (phénomènes macroscopiques), c'est-à-dire aussi bien les changements d'états physicochimiques que les changements de positions seuls envisagés en mécanique. Elle concerne à la fois les systèmes dits ouverts, parce qu'ils peuvent échanger de la matière et de l'énergie avec le milieu extérieur, les systèmes fermés, qui n'échangent que de l'énergie avec le monde ambiant, et les systèmes isolés, privés de tout échange.

Elle repose sur deux propositions fondamentales. L'une, appelée premier principe de la thermodynamique, introduit le concept d'énergie et exprime une propriété de conservation impliquant que l'énergie, considérée sous toutes ses formes, doit rester constante au cours de la transformation d'un système isolé. L'autre, appelée second principe, introduit le concept plus subtil d'entropie et exprime une propriété d'évolution impliquant que, dans un système isolé, l'entropie ne peut que croître, ou demeurer constante à l'état d'équilibre.

La principale originalité du second principe repose précisément sur cette propriété d'évolution, nécessairement associée à la direction du temps. Les travaux de L. Boltzmann (1844-1906), en théorie des gaz, relatifs à ce même concept d'entropie, interprété du point de vue mécanique à l'échelle moléculaire, ont permis d'assimiler la notion d'accroissement d'entropie à l'évolution ordre → désordre qui caractérise tout système isolé. Mais, en dépit de ce résultat dont l'influence sur le développement ultérieur de la thermodynamique fut considérable, la conséquence la plus directe fut l'élaboration d'une discipline macroscopique autonome, applicable aux systèmes complexes, comportant le concept d'irréversibilité, ayant son génie propre, en accord avec celui de la mécanique mais toutefois distinct sous le rapport de ses principes fondamentaux.

Ludwig Boltzmann

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Physicien et philosophe des sciences, Ludwig Boltzmann (1844-1906) a laissé de nombreux théorèmes, lois et équations qui portent son nom. 

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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

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ÉNERGIE - La notion

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ENTROPIE

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GIBBS JOSIAH WILLARD (1839-1903)

  • Écrit par 
  • Paul GLANSDORFF
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Physicien et mathématicien américain, J. W. Gibbs est né à New Haven dans le Connecticut le 11 février 1839 ; il y meurt le 28 avril 1903, après y avoir passé presque toute son existence. Issu d'une famille de lettrés, il poursuit des études de latin et de physique (philosophie naturelle à l'époque), puis il entreprend une carrière de professeur de physique mathématique au Yale College. Il effect […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/josiah-willard-gibbs/#i_10554

HASARD & NÉCESSITÉ

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Dans le chapitre « Les risques de la définition »  : […] L'enjeu de la question du hasard et de la nécessité était de savoir si le fait d'appartenir à une tradition qui ne se satisfait pas d'une recherche de connaissances « purement pragmatiques » et associe aux sciences les valeurs d'une recherche d'intelligibilité implique une relation privilégiée entre science et déterminisme. Jusqu'ici, on a pu constater ce privilège de fait et mesurer le prix dont […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/hasard-et-necessite/#i_10554

INFORMATION THÉORIE DE L'

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Dans le chapitre « Application à la thermodynamique »  : […] La notion de quantité d'information est l'un des concepts de base de la théorie de l'information. Remarquant que son expression mathématique ressemblait à celle que Ludwig Boltzmann avait donnée à la fin du xix e  siècle pour l'entropie, Shannon a pressenti que l'on pouvait établir un pont entre la théorie de l'information et la thermodynamique. […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/theorie-de-l-information/#i_10554

IRRÉVERSIBILITÉ

  • Écrit par 
  • Radu BALESCU
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Dans le chapitre « L'irréversibilité en thermodynamique, conséquence du deuxième principe »  : […] Le deuxième principe de la thermodynamique codifie l'irréversibilité. Il se formule comme un bilan de la variation d'une fonction d'état du système, appelée l' entropie , communément désignée par la lettre S. La variation d S de l'entropie au cours d'une transformation du système peut toujours se décomposer en deux parties : la variation […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/irreversibilite/#i_10554

KELVIN WILLIAM THOMSON lord (1824-1907)

  • Écrit par 
  • Franck GREENAWAY
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Dans le chapitre « La thermodynamique »  : […] La contribution la plus durable de Thomson concerne, à coup sûr, la thermodynamique. Après la dissertation de S. Carnot sur la chaleur et les travaux expérimentaux de J. Joule, la première loi de la thermodynamique put être explicitée, et, en 1850, R. Clausius fut conduit à poser pour principe que la chaleur ne peut d'elle-même passer d'un corps froid à un corps chaud. Thomson systématisa toutes c […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/william-kelvin/#i_10554

LOI DE JOULE

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 88 mots
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Le physicien anglais James Joule (1818-1889) établit en 1841 la loi qui porte son nom ; celle-ci lie la puissance cédée sous forme de chaleur à la résistance d'un conducteur électrique parcouru par un courant continu. Il réalise ensuite, en 1843, des expériences fondamentales pour déterminer l'équivalent mécanique de la calorie. Ses études liées aux processus de détentes des gaz dans le vide ou à […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/loi-de-joule/#i_10554

MATIÈRE (physique) - États de la matière

  • Écrit par 
  • Vincent FLEURY
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Dans le chapitre «  La division classique des états de la matière »  : […] À partir du moment où les pères de la thermodynamique étudient de façon systématique les propriétés de la matière dans des conditions maîtrisées et contrôlables de température et de pression, un ensemble immense de connaissances précises se met en place. Les mêmes machines thermiques permettent de liquéfier, solidifier et vaporiser les corps purs. Ces machines ont leur origine dans les célèbres h […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/matiere-physique-etats-de-la-matiere/#i_10554

MATIÈRE (physique) - État liquide

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  • Jean-Louis RIVAIL
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Dans le chapitre « Les potentiels intermoléculaires et les modèles de l'état liquide »  : […] Pour comprendre théoriquement l'état liquide, il convient d'avoir en mémoire qu'il existe toujours entre deux molécules neutres des forces présentant un caractère attractif à courte distance, que l'on nomme forces de Van der Waals. Elles se manifestent par un minimum de la courbe de variation de l'énergie d'interaction u ( r ) avec la distance. Dans le c […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/matiere-physique-etat-liquide/#i_10554

MATIÈRE (physique) - État gazeux

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Dans le chapitre « Description thermodynamique »  : […] La description thermodynamique des gaz a été développée bien avant que la nature atomique de la matière ne soit établie. Bien que les lois de la thermodynamique soient indépendantes de la structure microscopique, ses variables macroscopiques s'identifient aux moyennes de la mécanique statistique. Ainsi, l'énergie cinétique moyenne des molécules d'un gaz s'identifie avec la quantité macroscopique q […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/matiere-physique-etat-gazeux/#i_10554

MATIÈRE (physique) - Transitions de phase

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  • Nino BOCCARA
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MAYER JULIUS ROBERT VON (1814-1878)

  • Écrit par 
  • Jacqueline BROSSOLLET
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Physicien et médecin allemand. Docteur en médecine de la faculté de Tübingen (1838), Julius Robert von Mayer s'embarque comme médecin sur le trois-mâts hollandais Java . En Indonésie, il remarque que le sang de ses malades est plus clair qu'en Europe ; il explique cette différence de couleur par la présence, dans le sang veineux des matelots vivant sous le climat des tropique […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/julius-robert-von-mayer/#i_10554

MITOCHONDRIES

  • Écrit par 
  • Roger DURAND
  •  • 10 941 mots
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Dans le chapitre « Les arguments d'ordre thermodynamique »  : […] La synthèse de 1 mole d'ATP est une réaction endergonique qui requiert + 32,6 kJ . mole –1 . L'hydrolyse de l'ATP est exergonique et libère une quantité équivalente d'énergie. L'organisation de la chaîne montre qu'il existe 3 sites principaux de production de l'énergie d'oxydoréduction. Ce sont les sites (1), (2) et (3) correspondant respectivement aux complexes I, III e […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/mitochondries/#i_10554

NÉGUENTROPIE

  • Écrit par 
  • Alain DELAUNAY
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Ce terme a été créé, semble-t-il, par le mathématicien et physicien français Léon Brillouin (1956, Science and Information Theory ). Il l'a proposé pour remplacer les expressions d'« entropie négative » ou « entropie changée de signe », employée à peu près simultanément, mais indépendamment, par Norbert Wiener et Erwin Schrödinger. Ce dernier, dans un livre important ( […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/neguentropie/#i_10554

NERNST WALTHER HERMANN (1864-1941)

  • Écrit par 
  • Agnès LECOURTOIS
  •  • 264 mots

Né à Briesen, en Prusse (aujourd'hui Wabrzeźno, en Pologne), Walther Hermann Nernst est l'un des fondateurs de la chimie physique moderne. Après des études à Zurich, à Graz (Autriche) et à Würzburg (Allemagne), Nernst devient, en 1887, l'assistant de Wilhelm Ostwald, qui, avec Jacobus Van't Hoff et Svante Arrhenius, était en passe de faire de la chimie-physique une discipline indépendante. En 1890 […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/walther-hermann-nernst/#i_10554

ONSAGER LARS (1903-1976)

  • Écrit par 
  • Paul GLANSDORFF
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Chimiste et physicien américain né à Oslo de parents norvégiens. Dès 1925, Lars Onsager obtient dans cette ville son diplôme d'ingénieur chimiste à l'École technique supérieure de Norvège. Au cours de ses études, Lars Onsager manifeste déjà des dispositions particulières pour les problèmes théoriques fondamentaux et apporte la preuve de qualités d'imagination exceptionnelles. Ses premiers travaux […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/lars-onsager/#i_10554

POINCARÉ HENRI (1854-1912)

  • Écrit par 
  • Gérard BESSON, 
  • Christian HOUZEL, 
  • Michel PATY
  •  • 6 143 mots
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Dans le chapitre « Physique mathématique et physique théorique »  : […] Les travaux mathématiques de Poincaré sur la théorie des équations différentielles l'amenèrent naturellement à s'intéresser à la physique mathématique, en raison du lien de ces équations, en particulier des équations aux dérivées partielles du second ordre, dont la plus simple est celle de Laplace, Δ u  = 0, avec les lois des phénomènes physiques les plus divers. La distribut […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/henri-poincare/#i_10554

PRIGOGINE ILYA (1917-2003)

  • Écrit par 
  • Isabelle STENGERS
  • , Universalis
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Ilya Prigogine, physicien, chimiste et philosophe belge a reçu le prix Nobel de chimie en 1977 pour ses contributions à la thermodynamique des processus irréversibles et spécialement à la théorie des structures dissipatives . Il a en particulier montré que quand la matière s'éloigne de son état d'équilibre, celle-ci peut s'organiser d'elle-même. De tels phénomènes se manifes […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/ilya-prigogine/#i_10554

RANKINE WILLIAM JOHN MACQUORN (1820-1872)

  • Écrit par 
  • Pierre MOYEN
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Ingénieur et physicien écossais né à Édimbourg et mort à Glasgow, William J. M. Rankine commence ses recherches par l'étude de la fatigue des métaux et son application aux essieux des locomotives (1843). S'intéressant ensuite aux propriétés thermodynamiques de la vapeur d'eau, il propose le cycle qui porte son nom et qui décrit les variations d'état de la vapeur dans une machine thermique. Ce cycl […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/william-john-macquorn-rankine/#i_10554

RÉFLEXIONS SUR LA PUISSANCE MOTRICE DU FEU (S. Carnot)

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
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Sadi Carnot (1796-1832) publie en 1824 ses Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette puissance  ; le principe, dit de Carnot, qu'il y énonce constitue le deuxième principe de la thermodynamique. Le rendement maximal d'un moteur thermique apparaît comme dépendant uniquement des températures des sources et non pas de la nature de […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/reflexions-sur-la-puissance-motrice-du-feu/#i_10554

RELATIVITÉ - Relativité générale

  • Écrit par 
  • Thibault DAMOUR, 
  • Stanley DESER
  •  • 12 096 mots
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Dans le chapitre « Champs gravitationnels forts. Trous noirs »  : […] Le régime des champs gravitationnels forts se rencontre dans la physique des corps gravitationnellement condensés. Cette dénomination désigne les états finals de l'évolution des étoiles. Après épuisement de leurs sources d'énergie nucléaire, les étoiles finissent par condenser une masse énorme dans un rayon très petit, conduisant, selon la masse initiale, à une naine blanche […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/relativite-relativite-generale/#i_10554

STATISTIQUE MÉCANIQUE

  • Écrit par 
  • Berni J. ALDER, 
  • Bernard JANCOVICI
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Dans le chapitre « Entropie statistique et thermodynamique »  : […] La mécanique statistique donne un fondement microscopique à l' entropie  S, par la formule de Boltzmann  :  où S est l'entropie, k  = 1,380 44 × 10 -16 erg/K, la constante de Boltzmann, et W le nombre des états microscopiques accessibles au système pour un état macroscopique donné. En mécanique statistique […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/mecanique-statistique/#i_10554

STATISTIQUE THERMODYNAMIQUE

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L'interprétation de l'évolution des systèmes physiques nécessite à la fois les lois de la dynamique, classique ou quantique, et celles de la thermodynamique. Par conséquent, il est important de clarifier la relation entre dynamique et thermodynamique, et de formuler une théorie microscopique des processus irréversibles . En particulier, on souhaiterait o […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/thermodynamique-statistique/#i_10554

STRUCTURE DISSIPATIVE

  • Écrit par 
  • Isabelle STENGERS
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Le terme « structure dissipative » a été créé, en 1969, par Ilya Prigogine pour souligner la signification des résultats auxquels lui-même et ses collaborateurs de l'école de Bruxelles venaient de parvenir : loin de l'équilibre thermodynamique, c'est-à-dire dans des systèmes traversés par des flux de matière et d'énergie, peuvent se produire des processus de structuration et d'organisation spontan […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/structure-dissipative/#i_10554

SYSTÈMES OUVERTS, thermodynamique

  • Écrit par 
  • Paul GLANSDORFF
  •  • 1 690 mots

On attribue volontiers en physique le nom de système au modèle stylisé d'un milieu naturel en vue de simplifier son étude théorique. Le solide strictement indéformable, le fluide incompressible et le gaz parfait sont des exemples classiques de tels systèmes. En particulier, un système fermé désigne une portion invariable de matière ou, de la même façon, un ensemble donné de points matériels. Da […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/systemes-ouverts-thermodynamique/#i_10554

THERMIQUE

  • Écrit par 
  • Bruno CHÉRON
  •  • 4 736 mots
  •  • 8 médias

La thermique est une discipline scientifique spécifique d’un domaine de la physique plus vaste, la thermodynamique. La thermodynamique s’est essentiellement construite sur des principes qui expriment la conservation de deux grandeurs fondamentales : l’énergie et l’entropie. Les échanges énergétiques sont classés en deux catégories : le « travail », qui résulte de l’action d’une ou de plusieurs fo […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/thermique/#i_10554

TRANSPORT COEFFICIENTS DE

  • Écrit par 
  • Viorel SERGIESCO
  •  • 610 mots

Coefficients L ik des relations linéaires (équations de transport) qui existent, en première approximation, entre les courants Φ ι (« flux ») des grandeurs extensives transportées G i et les agents X i (« forces généralisées ») engendrant le transport : pour i  = 1, 2, ... Les L […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/coefficients-de-transport/#i_10554

VITREUX ÉTAT

  • Écrit par 
  • Jean FLAHAUT
  •  • 5 093 mots
  •  • 4 médias

Dans le chapitre « Propriétés thermodynamiques »  : […] À la transition vitreuse, la structure du liquide surfondu est figée. Le verre conserve donc un arrangement correspondant à une température relativement élevée. Son contenu d'entropie est supérieur à celui du produit cristallisé, car une certaine entropie excédentaire a été bloquée lors de la transition vitreuse ; elle correspond au désordre configurationnel du liquide figé au moment de la formati […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/etat-vitreux/#i_10554

WIEN WILHELM (1864-1928)

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 373 mots

Né le 13 janvier 1864 à Fischhausen (Prusse-Orientale, aujourd'hui en Pologne), Wilhelm Wien était le fils d'un propriétaire terrien. Après des études universitaires à Göttingen et à Berlin, il consacra sa thèse (soutenue en 1886) à l'étude expérimentale de la diffraction de la lumière et à l'influence des matériaux sur la couleur de la lumière réfractée, dans le laboratoire de Hermann von Helmhol […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/wilhelm-wien/#i_10554

Pour citer l’article

Paul GLANSDORFF, « THERMODYNAMIQUE - Vue d'ensemble », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 22 octobre 2019. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/thermodynamique-vue-d-ensemble/