Principes de la thermo

[isozv]

Bonjour

Je suis entrain de relire mon vieux cours de Thermo et j'aimerais votre avis sur quelques observations.

1. Sur le principe zéro de l'équilibre: je me demande si sa position comme principe est toujours rigoureusement d'actualité. Effectivement pour moi, qui dit "équilibre" dit "gradient nul" (peut importe de quoi). Or l'expression qui permet de calculer un équilibre est la loi de Fick qui montre lorsqu'il n'y pas de gradient, l'équilibre est atteint. La loi de Fick se démontre (dans les démos que je connais) sans utiliser le principe zéro mais juste le principe de conservation et arrive il me semble à un résultat équivalent que l'énoncé du principe zéro. Qu'en pensez-vous?

2. Sur principe premier: celui-là est pour moi vraiment indémontrable donc pas de commentaires...

3. Le principe deuxième: celui-là n'a plus sa place comme principe puisqu'il est démontrable à partir du théorème de Shanon en mécanique statistique. Alors pourquoi à-t-il toujours la place de "principe"?

4. Le troisième principe: je suis avec le recul très mais alors très peu satisfait de son énoncé. Je veux bien l'accepter mais comment démontre-t-on la valeur du zéro absolu? Si c'est démontrable biens sûr...

Merci pour vos interventions
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[isozv]

Au fait j'oubliais que même le deuxième principe (conservation de l'énergie) est démontrable en physique statistique...

[mariposa]

Bonjour

1. Sur le principe zéro de l'équilibre: je me demande si sa position comme principe est toujours rigoureusement d'actualité.

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Qu'est-ce que tu appelles principe zéro?

Effectivement pour moi, qui dit "équilibre" dit "gradient nul" (peut importe de quoi). Or l'expression qui permet de calculer un équilibre est la loi de Fick qui montre lorsqu'il n'y pas de gradient, l'équilibre est atteint. La loi de Fick se démontre (dans les démos que je connais) sans utiliser le principe zéro mais juste le principe de conservation et arrive il me semble à un résultat équivalent que l'énoncé du principe zéro. Qu'en pensez-vous?

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L'idée courante que l'équilibre thermodynamique est lié a l'absence de gradient est une idée fausse. L'exemple d'une jonction p-n est très pédagogique. En effet le système est à l'équilibre thermodynamique car tous les potentiels électrochimiques sont nuls et pourtant il existe un gradient de potentiel cad un champ électrique.

2. Sur principe premier: celui-là est pour moi vraiment indémontrable donc pas de commentaires...

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Le premier principe est complétement démontré puisque c'est tout simplement le principe de conservation de l'énergie!!!

3. Le principe deuxième: celui-là n'a plus sa place comme principe puisqu'il est démontrable à partir du théorème de Shanon en mécanique statistique. Alors pourquoi à-t-il toujours la place de "principe"?

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La thermodynamique cherche a énoncer des principes abstraction faites du caractéristiques microscopique de la matière. Le second principe affirme qu'il existe une grandeur S qui ne peut que croitre pour un système isolé.

[mariposa]

Au fait j'oubliais que même le deuxième principe (conservation de l'énergie) est démontrable en physique statistique...

La conservation de l'énergie c'est le premier principe.

[A voir en vidéo sur Futura]

[isozv]

Oui pardon pour l'erreur d'énumération.

1). Mais il me semble que le principe de conservation n'est pas démontrable mathématiquement. Si oui de quel théorème s'agit-il?

S'il s'agit de l'approche statistique (mécanique) à laquelle tu fais référence elle est un peu trop phénoménologique à mon goût pour être une vraie démonstration... (c'est plutôt du bricolage).

2). Le principe d'évolution est aussi démontrablew en mécanique statistique de manière déjà un peu plus satisfaisante.

3). Le principe d'équilibre (je n'en connais pas de démo que ce soit phénoménologique ou purement mathématique).

4). Je cherche toujours une démo de la valeur du zéro absolu (qui nous amené à définir le 273.15°K...).

Merci pour ton aide mariposa

[mariposa]

1). Mais il me semble que le principe de conservation n'est pas démontrable mathématiquement. Si oui de quel théorème s'agit-il?

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Bien au contraire. La conservation de l'énergie résulte de l'invariance des lois par translation dans le temps.

3). Le principe d'équilibre (je n'en connais pas de démo que ce soit phénoménologique ou purement mathématique).

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Qu'est-ce que tu appelle le principe d'équilibre.

4). Je cherche toujours une démo de la valeur du zéro absolu (qui nous amené à définir le 273.15°K...).

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En très court et très simple:

On démontre par exemple pour le gaz parfait (a partir de la distribution de Boltzmann) que la valeur moyenne des énergies cinétiques est k.T. Ceci définit a partir de considérations microscopiques la "vrai" nature du concept de température.
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A partir de là il a fallu établir une corespondance avec les vieux degrés Celsius. Ces derniers sont définis par rapport à l'eau. De là on en déduit que la glace fond sous 1 atmosphère à O°C ou 273,15 K (et non °K).

[FC05]

En fait on a placé le point triple de l'eau à 273,16 K (,16, ce n'est pas une erreur car le point triple est à 0,01°C)

[isozv]

Merci pour tes réponses. J'avais complétement oublié le théorème de Noether...

Sinon pour le principe de l'équilibre thermique:

http://fr.wikipedia.org/wiki/Princip...hermodynamique

s'il y a une démo...

Au fait je me demande pourquoi on parle encore de "principe" de conservation de l'énergie et de "principes" en thermodynamiques sachant qu'ils sont démontrables...???

[chaverondier]

2. Sur principe premier: celui-là est pour moi vraiment indémontrable donc pas de commentaires...

Le premier principe, cad la conservation de l'énergie, est contenu dans la définition de ce qu'est l'énergie (cf théorème de Noether comme cela a été signalé dans ce fil).

Le principe deuxième: celui-là n'a plus sa place comme principe puisqu'il est démontrable à partir du théorème de Shanon en mécanique statistique. Alors pourquoi à-t-il toujours la la place de "principe"?

A titre d'exemple, l'évolution d'un système isolé régi par une dynamique hamiltonienne est isentropique. D'une façon plus générale, cela reste vrai pour tout système régi par une dynamique d'évolution unitaire (c'est le cas, par exemple, de tout système quantique virtuel isolé, que l'on se place en mécanique quantique non relativiste ou dans un cadre quantique plus respectueux de la relativité).

La croissance de l'entropie des systèmes "isolés" exige donc, en fait, qu'ils ne le soient pas. Cette condition de non isolement est toujours réalisée en pratique. C'est même ce non respect de l'hypothèse d'isolement des systèmes observés qui donne à un observateur "réel" une impression d'écoulement du temps.

Le second principe a donc une valeur opérationnelle incontestable, mais il n'est pas rigoureusement exact (et ne peut donc pas être rigoureusement démontré, contrairement à ce qu'une lecture superficielle du théorème H de Boltzmann pourrait laisser croire).

Le troisième principe: je suis avec le recul très mais alors très peu satisfait de son énoncé. Je veux bien l'accepter mais comment démontre-t-on la valeur du zéro absolu? Si c'est démontrable bien sûr...

A ma connaissance, il n'est pas systématiquement respecté (d'ailleurs, je ne vois pas bien la raison pour laquelle dE/dS = 0 devrait systématiquement impliquer que l'observateur macroscopique sache tout sur l'état microphysique du système observé quel que soit le sytème considéré).