Aide entropie TPE

[invitefeca8bd5]

Bonjour,je suis élève de 1ereS et j'ai donc un TPE a pratiquer... Apres avoir lu un livre d'Hubert Reeves (et l'avoir adoré) j'ai pensé a choisir comme sujet de mon TPE l'entropie. cepandant étant donné mon niveau, il m'est impossible de manier cette noton mathematiquement parlant ... Je pense donc a montrer dans mon TPE la théorie de cette entropie ( sans aborder les mathematique ) et une ou plusieurs experience pratique et réalisable facilement qui pourrait demontrer l'existence de cette entropie et sa necessité. Voila mon probleme, les sites que j'ai consulté a ce sujet a ne m'apporte que peu d'information puisque basé uniquement algebriquement. J'espere donc que vous pourrez m'indiquez des experiences qui me permettrerons d'aborder le sujet de facon plus ludique ( 40 minutes de theorie ne me semble pas etre une bonne idée ). Pensez vous que mon niveau soit insuffisant pour aborder cette thematique ? Tout de meme étant donné que cette notion me parait passionante j'aimerais tout de meme bien l'aborder meme si elle ne constitut pas mon sujet principale ... Auriez vous des idées de problematique qui me permetrait de l'aborder ne serait ce que dans un chapitre ? Merci d'avance !
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[invite09c180f9]

Bonjour,

il est effectivement assez compliqué de parler d'entropie à un niveau 1ère. La notion d'entropie est fondamentalement assez compliquée si on cherche bien à la développer.
Quelle est ta vision de cette entité physique ...?

[invitefeca8bd5]

Alors d'apres ce que j'ai compris l'entropie intervient au niveau microscopique la mesure du desordre et au niveau macroscopique comme la quantité d'energie utilisable mais ces 2 mesures sont rapprochable et sont juste deux point de vue different.

[mach3]

Tu peux essayer de parler de l'entropie juste avec les mains, il y a pas mal de raisonnements et d'expérience de pensée qui permettent de la comprendre. Ce qui suit est un peu long, mais cela peut te donner des idées.

Déjà sur le point de vue microscopique. On entend souvent que l'entropie est une mesure du désordre, ce qui est inexact. On peut en effet trouver des situations ou l'ordre correspond à une plus grande entropie, par exemple, entre un nuage de gaz et de poussière homogène soumis à sa propre gravité et un système solaire, lequel des deux est en désordre et lequel des deux à la plus haute entropie selon toi?
L'entropie quantifie le nombre de configurations microscopiques indiscernables d'un système qui corresponde à un même état macroscopique.

Pour mieux comprendre ce que cela signifie, on peut jouet aux dés, ou plutot à pile ou face (c'est plus facile) et faire des statistiques.

Si tu jettes 10 pièces, la probabilité d'avoir 5 pièces sur face est de 25%, c'est à dire que pour 256 combinaisons de pièces (pièce 1 sur pile, pièce 2 sur pile, pièce 3 sur face...etc, pièce 1 sur pile, pièce 2 sur face, piece 3 sur face...etc) on aura le même nombre de pièces sur face. Avoir 5 pièce sur face (un état macroscopique dans l'analogie) correspond à 256 configuration différentes. En comparaison, n'avoir qu'une seule pièce sur face ne représente que 10 configurations et n'en avoir aucune sur face seulement une.

Si on jette 100 pièces, la proba d'avoir la moitié des pièces sur face chute à 8%, mais cela reste la proba la plus élevé.

Si on jette mille milliard de pièces, la probabilité de faire d'avoir la moitié des pièces sur face est ridicule, cependant la probabilité d'avoir entre 499 999 850 000 et 500 000 150 000 pièces sur face est supérieure à 99%. Peut-on vraiment faire la différence entre 500 milliard de pièces sur face tout pile et un peu plus ou un peu moins, a priori oui, en comptant (même si c'est long)

Jettons maintenant 6.10²³ pièces (soit une mole), il y a 99% de chances d'avoir la moitié des pièces sur faces à plus ou moins mille milliard de pièces près.

Suppose maintenant que les pièces aient la taille de molécules, il est hors de question de les prendre une par une pour compter le nombre de pile et de face. Si par exemple la face est blanche et la pile est noire, on se contentera de mesurer la teinte du gris, et on ne pourra pas faire la différence entre exactement 50% et un peu plus ou un peu moins.
C'est ce qui se passe quand on mesure la température ou la pression d'un système : les molécules qu'il contient s'agitent aléatoirement et tape plus ou moins fort sur les parois, mais on ne peut pas mesurer la vitesse de toutes les molécules et la force avec laquelle chacune tape sur les parois. On se contente donc d'un thermomètre ou d'un baromètre.

L'entropie quantifie le manque d'information qu'on a sur le système et elle est la plus élevé pour les états les plus probables.

Si on part avec une mole de pièces toutes posées sur pile et qu'on les retourne une par une aléatoirement, on progressera irrémédiablement vers la moitié des pièces sur face, l'état le plus probable, l'état de plus haute entropie. C'est le second principe : l'entropie augmente dans un système isolé : il va evoluer tout seul vers l'état le plus probable

Du point vu macroscopique maintenant. Quel peut être le rapport avec le travail qu'on peut extraire d'une machine thermique? Dans une machine thermique on "profite" d'un transfert de chaleur entre une source chaude et une source froide pour extraire un peu de travail. Par exemple la combustion de l'essence dégage de la chaleur et le moteur est conçu pour en convertir une certaine partie en mouvement.
La chaleur est un mouvement aléatoire, incohérent, des particules.
Le travail est un mouvement cohérent des particules.
Il est évident qu'un mouvement aléatoire est plus probable qu'un mouvement cohérent et que donc, toute perturbation du mouvement cohérent (frottements) en dissipera une partie en mouvement incohérent ce qui correspond à une augmentation d'entropie. Le travail a donc une tendance spontanée à se dissiper en chaleur.
Il est donc a priori impossible de transformer intégralement de la chaleur en travail (c'est un peu comme si on obtenait toutes les pièces sur pile en jouant avec une mole de pièces... c'est possible mais c'est pas prêt d'arriver, tu pourras jouer pendant plusieurs fois l'age de l'univers...)

en espérant que cela t'aide à y voir plus clair

m@ch3

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitefeca8bd5]

Wahou ! Jolie démonstration ! Merci beaucoup ! Je vais essayer de réfléchir désormais à une experience avec un jeu de cartes comme tu l'as dit ! Y,me reste encore un peu de boulot !Si jamais je bute encore sur certains points ( parce que c'est vraiment complexe !! ) je reposterai pour avoir de l'aide ! Merci !