Pour déterminer comment améliorer le rendement de la machine thermique , le scientifique français Sadi Carnot (1796-1832) étudia en 1824 une machine calorique théorique idéale. À cette époque, ni le premier ni le second principe de la thermodynamique n'avaient été formulés. Le premier principe n'existait pas encore car les scientifiques ignoraient que la chaleur est une forme d'énergie. Après les expériences de Joule et de ses collègues dans les années 1830, les scientifiques découvrirent que la chaleur est une énergie qui se déplace sous l'effet des différences de température. Le premier principe de la thermodynamique fut donc formulé après 1830. En 1824, Sadi Carnot menait des recherches sur la machine calorique théorique idéale. Ses travaux visaient en réalité à améliorer le rendement des machines à vapeur, dont la plupart étaient alors peu performantes.
Deuxième loi de la thermodynamique
Pour expliquer les processus thermodynamiques irréversibles, les scientifiques ont formulé le second principe de la thermodynamique. Ce principe explique quels processus peuvent se produire dans l'univers et quels processus ne peuvent pas se produire. Un scientifique du nom de RJE Clausius (1822-1888) a fait la déclaration suivante :
Naturellement, la chaleur se déplace des objets à haute température vers les objets à basse température ; naturellement, la chaleur ne se déplace pas des objets à basse température vers les objets à haute température (Deuxième loi de la thermodynamique – énoncé de Clausius).
L'énoncé de Clausius est un énoncé particulier du second principe de la thermodynamique. Il est dit particulier car il ne s'applique qu'à un seul processus : le transfert de chaleur. Puisqu'il ne s'applique pas à d'autres processus, un énoncé plus général est nécessaire. L'élaboration d'un énoncé général du second principe de la thermodynamique repose sur l'étude des moteurs thermiques. C'est pourquoi nous aborderons d'abord la chaleur dégagée par ces moteurs.
Processus thermodynamiques : isotherme, adiabatique, isochore, isobare
Article Processus thermodynamiques : Isotherme Adiabatique Isochore Isobare
Il existe quatre processus thermodynamiques, à savoir les processus isothermes, isochores, isobares et adiabatiques.
Processus isotherme (température constante)
Dans un processus isotherme, la température du système est maintenue constante. Théoriquement, le système analysé est un gaz parfait. La température d'un gaz parfait est directement proportionnelle à son énergie interne (U = 3/2 n RT). Puisque T ne varie pas, U ne varie pas non plus. Ainsi, appliquée au processus isotherme, la première loi de la thermodynamique devient :
Première loi de la thermodynamique
processus thermodynamique
La chaleur (Q) est l'énergie qui se déplace d'un objet à un autre en raison d'une différence de température. Dans le cas des systèmes et des environnements, la chaleur correspond à l'énergie qui se déplace du système vers l'environnement ou inversement, du fait de la différence de température. Si la température du système est supérieure à la température ambiante, la chaleur se propage du système vers l'environnement. Si la température ambiante est supérieure à la température du système, la chaleur se propage de l'environnement vers le système.
La chaleur (Q) est une énergie qui se déplace en raison d'une différence de température, tandis que le travail (W) est lié au transfert d'énergie par l'action d'un travail. Par exemple, si le système effectue un travail sur l'environnement, de l'énergie est transférée du système vers l'environnement. Inversement, si l'environnement effectue un travail sur le système, de l'énergie est transférée de l'environnement vers le système.
Ondes transversales – problèmes et solutions
1. La distance entre les deux creux des vagues est de 20 m. Un objet flotte à la surface de l'eau et subit donc un mouvement de vibration. Si la durée d'une vibration est de 4 secondes, alors la vitesse de la vague est de … m/s.
A. 20
B. 15
C. 10
D. 5
Connu :
Vitesse des ondes mécaniques – problèmes et solutions
1. La vitesse de l' onde transversale sur une corde de 25 mètres est de 50 m/s. La tension de la corde est de 200 N. Déterminez la masse de la corde.
A. 0.08 kg
B. 0.5 kg
Environ 0.8 kg
D. 2.0 kg
Connu :
Mouvement harmonique simple – problèmes et solutions
Un objet vibre à une fréquence de 5 Hz vers la droite puis vers la gauche. L'objet se déplace de sa position d'équilibre jusqu'à son déplacement maximal vers la droite. Déterminez le temps nécessaire pour atteindre ce déplacement maximal onze fois.
A. 2.05
B. 2.20
C. 2.25
D. 2.50
Connu :
Pendule simple – problèmes et solutions
1. Deux pendules simples sont placés à deux endroits différents. La longueur du second pendule est 0.4 fois celle du premier, et l' accélération de la pesanteur qu'il subit est 0.9 fois celle du premier. Déterminez la différence de fréquence entre le premier et le second pendule.
A. 2 / 3
B. 3 / 2
C. 4 / 9
D. 9 / 4
Résonance des ondes sonores – problèmes et solutions
1. Après la vibration du diapason A, le diapason B vibre. Le diapason B vibre parce que…
A. Le diapason A a la même amplitude que le diapason B.
B. Les deux diapasons utilisent la même boîte de résonance
C. Le diapason B a la même fréquence que le diapason A.
D. Le timbre des sons produits par les deux diapasons est identique.
Solution
Pression des fluides – problèmes et solutions
1.
L' accélération due à la gravité est de 10 N/kg. La surface du poisson immergée est de 6 cm². Déterminez la force exercée par l' eau sur le poisson.
Connu :