Chapitre 4 : Entropie et second principe

Chapitre 4 : Entropie et second principe

0. Préambule
• Dans ce chapitre, on travaillera principalement avec un système fermé.
• On précisera la notion d’équilibre via un nouveau paramètre : l’entropie.
• Le second principe de la thermodynamique donnera une information
sur la réversibilité des transformations.
• Les aspects macroscopiques et microscopiques seront confrontés.

1. Nécessité d’un second principe
• De nombreuses transformations qui satisfont au premier principe
ne se produisent pas !
• Exemple de transformation :
verre d’eau tempérée dans une pièce ne peut se réchauffer spontanément.
T>T
0
T0
T=T0
T0
???
• Le second principe a fait l’objet de nombreux débats / travaux :
Clausius, Carnot, Hirn, Lord Kelvin.
• Il faut donc une information sur le caractère réversible ou non
d’une transformation.

2. Entropie
• Image énergétique de la transformation vis-à-vis du premier principe :
• Image microscopique de la transformation :
la transformation est réversible
la transformation est irréversible
i
f
i
f
En
notion d’extremum
hétérogène homogène

• Le second principe postule qu’il existe une fonction entropie S
qui est maximale à l’équilibre d’un système fermé. L’entropie est
toujours plus grande pour un équilibre naturel que pour un équilibre
contraint.
• Equilibre contraint et équilibre naturel : parois dans un récipient
i
f
• Ce paramètre mesure bien le caractère réversible d’une transformation :
∆S≥0
• Ce postulat n’explique rien, il se base sur des observations expérimentales.
• Remarque : S est extensif et n’est pas une information supplémentaire !
S(U, V, N)