2nd principe => irreversibilité, entropie....

[membreComplexe12]

Bonjour tous,

J'ai eu des cours de thermo lors de mon cursus et je n'ai jamais compris vraiment le 2nd principe, j'ai egalement lu des cours sur le net et lu des discussion sur futura mais je n'ai toujours pas compris.

J'espere que quelqu'un pourra m'aider à repondre à ces diverses questions....

(ici je ne m'interesse pas au cas reversible)

1°) Origine du second principe ?
d'apres ce que j'ai compris c'est pour caractériser la fait que des transformations sont possibles que dans un sens.
on dit donc que l'entropie ne peut qu'augmenter dans un systeme (lors d'une transformation?)

==> es ce bien cela?

2°) pourquoi l'entropie ?
==> l'entropie d'un systeme est une chaleur sur une temperature mais pourquoi?
==> en quoi le faite de dire que que la chaleur du systeme echangé divisé par la temperature est positive veut dire que l'on donne un sens à la transformation?

3°) signe de l'entropie
si un systeme recoit de la chaleur alors Q>0 donc S>0
si un systeme perd de la chaleur alors Q<0 donc S<0

==> qu'es ce qui faut pour que l'entropie deviennent toujours positive?

4°) lien macro micro, j'ai vu que S=k.ln(O) mais je je ne voit pas le lien qu'il peut y avoir avec ....


bref je ne comprends rien du tous, si quelqu'un pourrais m'expliquer simplement ca serait super.
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[invite19431173]

Salut !

Difficile à mon faible niveau de te répondre.

Pour ta première question, je dirais oui.

Pour le reste, pour moi, l'entropie est une mesure du désordre. C'est hrossomodo, le logarithme du nombre de combinaisons possible. Exemple, si tu as 10 bille à placer dans 30 trous, l'entropie est plus faible que dans 40 trous, où il y a plus de combinaisons.

Après, j'espère que d'autres t'aideront mieux que moi.

[gatsu]

Salut,

Bonjour tous,
J'ai eu des cours de thermo lors de mon cursus et je n'ai jamais compris vraiment le 2nd principe, j'ai egalement lu des cours sur le net et lu des discussion sur futura mais je n'ai toujours pas compris.

J'espere que quelqu'un pourra m'aider à repondre à ces diverses questions....

(ici je ne m'interesse pas au cas reversible)

1°) Origine du second principe ?
d'apres ce que j'ai compris c'est pour caractériser la fait que des transformations sont possibles que dans un sens.
on dit donc que l'entropie ne peut qu'augmenter dans un systeme (lors d'une transformation?)

==> es ce bien cela?

Oui c'est cela, le second principe de la thermodynmique permet de définir un avant et un après lors de l'évolution spontanée d'un système macroscopique.

2°) pourquoi l'entropie ?
==> l'entropie d'un systeme est une chaleur sur une temperature mais pourquoi?
==> en quoi le faite de dire que que la chaleur du systeme echangé divisé par la temperature est positive veut dire que l'on donne un sens à la transformation?

La chaleur est une grandeur assez mystérieuse en thermodynamique dans le sens où elle n'a pas d'équivalent en mécanique de Newton. Précisément, elle caractérise un transfert d'énergie d'agitation désordonnée d'un milieu à un autre (concpet qui n'est pas aussi clair qu'un travail fourni par exemple). Le reste de la réponse est en relation avec ton troisème point qui est l'interprétation de l'entropie comme quantifiant toutes les configurations accessibles à un système pour des contraintes exterieurees données (la pression ou le volume sont imposés par exemple etc...).
Dès lors, si on interprète la température comme l'énergie (cinétique) moyenne par particule alors le rapport de la chaleur échangée par la température va bien caractériser une sorte de croissance (ou décroissance) du désordre dans le système.

3°) signe de l'entropie
si un systeme recoit de la chaleur alors Q>0 donc S>0
si un systeme perd de la chaleur alors Q<0 donc S<0

==> qu'es ce qui faut pour que l'entropie deviennent toujours positive?

C'est un point toujours délicat. La variation de l'entropie de l'univers est toujours (jusqu'à preuve du contraire) positive ou nulle. Maintenant si on regarde un système en contact avec le reste de l'univers, la variation d'entropie de ton système peut être négative pour des raisons diverses (typiquement si il a fourni de la chaleur on comprend qu'il y ait une perte d'entropie d'après ce que j'ai dit plus haut). En revcnahe, même dans ce cas, l'entropie de l'univers aura toujours évoluée de façon croissante.

[chaverondier]

J'ai eu des cours de thermo lors de mon cursus et je n'ai jamais compris vraiment le 2nd principe, j'ai également lu des cours sur le net et lu des discussions sur futura mais je n'ai toujours pas compris.

C'est la preuve que vous cherchez vraiment à comprendre. Ca se produit quand on a du mal à se contenter d'appliquer des recettes (dans ce cas précis, il faut quand même bien accepter de le faire en pratique. S'il avait fallu attendre l'émergence de la thermodynamique statistique pour allumer un feu ...)

J'espère que quelqu'un pourra m'aider à repondre à ces diverses questions...

Rien ne peut remplacer la lecture patiente et attentive d'un bon ouvrage de référence. Je pense par exemple à : Physique statistique, Introduction, Cours et exercices corrigés, 2ème édition, de Chritian et Hélène Ngô, éditions DUNOD.

1°) Origine du second principe ?
d'après ce que j'ai compris c'est pour caractériser le fait que des transformations ne sont possibles que dans un sens.

C'est ça et ce point est très délicat, car il introduit subrepticement l'observateur macroscopique dans la physique (bien avant que la mécanique quantique ne vienne insister lourdement là dessus). En effet, pour interdire la possibilité de revenir en arrière, il faut faire intervenir l'entropie de Boltzmann, c'est à dire, implicitement, l'observateur/expérimentateur macroscopique. Il s'agit :

• d'une part de la limitation d'accès à l'information de l'observateur macroscopique. Il n'est pas capable de voir la différence entre deux verres neufs, d'un même type, provenant du même fabricant, remplis (à un même niveau) d'eau tiède à la même température. Au niveau microphysique, ces deux systèmes sont pourtant dans des états totalement différents ! Pour l'observateur macroscopique, ces deux états sont cependant perçus comme indiscernables (heureusement, d'ailleurs, car sinon il ne verrait pas le temps passer).
  
• D'autre part d'une incapacité de l'expérimentateur macroscopique, avec ses gros doigts maladroits (mêmes prolongés par leurs prothèses que sont nos instruments de laboratoire et nos technologies actuelles les plus sophistiquées) à manipuler l'état d'un système isolé dont il fait partie jusqu'à le mettre dans un état microphysique arbitraire donné.

Bref, nous sommes incapables d'acquérir et de déployer les pouvoirs du démon de Maxwell (cf le démon de Maxwell, de David Poulin http://www.physique.usherbrooke.ca/~...cuments/dm.pdf ) (1) (2)

On dit donc que l'entropie ne peut qu'augmenter dans un système (lors d'une transformation?) ==> est-ce bien cela?

Non, pas du tout, sinon on ne serait même pas là pour en parler car l'émergence de la vie correspond à l'élaboration de structures dissipatives. Cela se traduit par une diminution de l'entropie de systèmes qui tendent à s'organiser en évoluant à entropie décroissante (mais en rejetant de l'entropie vers leur environnement extérieur ).
La bonne formulation c'est : l'entropie ne peut qu'augmenter dans un système réputé isolé.

2°) pourquoi l'entropie ?
==> la variation d'entropie d'un système est une quantité de chaleur reçue sur une température mais pourquoi?

En restant à notre niveau d'observation macroscopique, on peut faire émerger cette notion d'entropie en disant que la forme différentielle dS = delta Q/T est une différentielle dite totale, c'est à dire qu'elle dérive d'une fonction S de l'état (macroscopique) du système observé.

Toutefois, en thermodynamique statistique, l'entropie apparaît en tant que telle. L'entropie d'un système isolé c'est la quantité d'information I=ln(O) (voir plus bas pour plus de détails sur ce nombre O d'états microphysiques distincts perçus comme appartenant à un même état macroscopique) qui manque à un observateur macroscopique maximalement informé (à son niveau) pour définir complètement l'état microphysique du système qu'il observe. Dans ce cas, c'est la température T qui se définit à partir de l'entropie S (et non l'inverse).

1/T est alors la quantité d'information delta S que perd l'observateur macroscopique maximalement informé (à son niveau d'observation) par unité d'énergie E fournie au système sous forme de chaleur (2).

1/T = d S / dE (au coefficient de proportionnalité sans signification physique près k : la constante dite de Boltzmann) (3)

1/T peut même être négative dans certains cas particuliers, ceux où l'énergie absorbable par le système est bornée supérieurement. C'est le cas des systèmes de spins par exemple.

==> en quoi le fait de dire que la quantité de chaleur "reçue par un système isolé" [obtenue en fait par dégradation d'une quantité d'énergie identique mais "plus noble"] divisée par la température est positive veut-il dire que l'on donne un sens à la transformation ?

Faire baisser l'entropie d'un système isolé consisterait à le faire revenir dans un état antérieur. Il deviendrait alors possible, en particulier, de ressusciter les morts. Bon, la science n'en est pas encore là. Ne marchons pas sur les platebandes du démon de Maxwell . Vu l'étendue de ses pouvoirs , il n'est pas pas souhaitable de s'en faire un ennemi .

3°) signe de l'entropie
Si un système fermé reçoit de la chaleur alors Q > 0 donc delta S > 0

Oui.

Si un système fermé perd de la chaleur alors Q < 0 donc delta S < 0

Dans le cas d'une transformation réversible oui, dans le cas d'une transformation quelconque, pas nécessairement. En effet, dans le cas de transformations suffisamment irréversibles, le système est capable, en dégradant de l'énergie mécanique (par exemple) en chaleur, de créer plus d'entropie qu'il n'en perd.

==> qu'est-ce qu'il faut pour que la quantité d'entropie reçue par un système fermé devienne toujours positive?

Il faut que la transformation crée plus d'entropie que ce que le système parvient à s'en débarasser en cédant de la chaleur à son environnement.

4°) lien macro micro, j'ai vu que S = k.ln(O) mais je je ne voit pas le lien qu'il peut y avoir avec .... Bref je ne comprends rien du tout. Si quelqu'un pouvait m'expliquer simplement ça serait super.

C'est une bonne partie de la thermodynamique statistique qui se cache derrière tout ça, notamment le fait que l'entropie d'un système, c'est le logarithme du nombre O de micro-états perçus comme identiques par l'observateur macroscopique. En effet, ln(O) mesure la quantité d'information manquant à l'observateur macroscopique pour localiser l'état microphysique du système observé parmi les O états microphysiques qu'il perçoit comme correspondant à un même état (macroscopique).

Le logarithme placé devant O sert à rendre cette quantité d'information additive. Il faut, par exemple, deux fois plus d'information pour localiser un suspect dans une rangée de 10 personnes que pour le localiser dans un ensemble de 10 rangées de 10 personnes (on a bien ln(10 x 10) = 2 ln(10))

En partant des connaissances que l'on a en thermodynamique en L1 en fac de science par exemple, il faut (à mon avis) plusieurs mois de lecture assidue pour commencer à comprendre les bases de la thermodynamique statistique.

(1) Ces impossibilités sont à l'origine du second principe de la thermodynamique et de la vision que nous avons de l'univers. En effet, cette vision (et les lois physiques que nous percevons) découlent d'une exploitation statistique des mesures que nous réalisons. Ces mesures consistent en des enregistrements irréversibles (d'où la difficulté de cerner la notion d'irréversibilité puisqu'implicitement tout l'édifice scientifique repose dessus) de nos appareils de mesure et reposent sur l'exigence statistique de reproductibilité des résultats d'une "même" expérience scientifique (du moins telle que nous percevons cette notion de reproductibilité à notre échelle).

(2) Existera-t-il un jour des enregistrements stockant de l'information avec un rendement supérieur à celui imposé par le second principe de la thermodynamique ? A ce jour, il est formellement interdit (et sévèrement puni ) d'enregistrer de l'information sur l'état d'un système isolé dont nous faisons partie au delà du niveau d'ignorance crasse imposé par le respect de l'entropie de Boltzmann.

(3) J'ai le sentiment qu'il existe un lien entre température et écoulement irréversible du temps. Peut-être qu'il existe des choses traitant de ce sujet, je pense en particulier à des développements relatifs au quadri-vecteur température qui nous amèneraient à associer au vide quantique un champ de quadri-vecteurs unitaires de type temps (un peu dans l'esprit de ce qui est proposé par Alan Kostelecky http://www.physics.indiana.edu/%7Ekostelec/faq.html par exemple).

J'ai du mal à croire que le temps puisse continuer à s'écouler (au sens où nous savons le définir à ce jour du moins) dans un système dont la température serait tellement élevée que plus aucune structure physique ne serait stable. En effet, comment alors enregistrer des résultats de mesure comme l'exige la mesure de l'écoulement du temps ? Je me demande si on ne pourrait pas interpréter de cette façon thermodynamique statistique notre incapacité à prolonger la mesure de l'écoulement du temps (tel que nous le définissons) en deça de l'instant zéro de l'histoire de l'univers (ou tout au moins en deça du mur de Planck marquant le moment où on "commence" à pouvoir mesurer l'écoulement irréversible du temps. Avant, on ne peut pas, ou alors il faudrait pouvoir identifier une entropie correspondant à un niveau d'observation beaucoup plus fin que celui correspondant à l'entropie de Boltzmann. Ce niveau plus fin peut-il encore prendre place dans une notion d'espace-temps en relachant un peu les exigences de symétrie de notre espace-temps 4D interprétées comme des conditions d'équilibre de nature thermodynamique statistique ? Je me le demande).

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite9cd736bc]

J'ai du mal à croire que le temps puisse continuer à s'écouler (au sens où nous savons le définir à ce jour du moins) dans un système dont la température serait tellement élevée que plus aucune structure physique ne serait stable. En effet, comment alors enregistrer des résultats de mesure comme l'exige la mesure de l'écoulement du temps ? Je me demande si on ne pourrait pas interpréter de cette façon thermodynamique statistique notre incapacité à prolonger la mesure de l'écoulement du temps (tel que nous le définissons) en deça de l'instant zéro de l'histoire de l'univers (ou tout au moins en deça du mur de Planck marquant le moment où on "commence" à pouvoir mesurer l'écoulement irréversible du temps. Avant, on ne peut pas, ou alors il faudrait pouvoir identifier une entropie correspondant à un niveau d'observation beaucoup plus fin que celui correspondant à l'entropie de Boltzmann. Ce niveau plus fin peut-il encore prendre place dans une notion d'espace-temps en relachant un peu les exigences de symétrie de notre espace-temps 4D interprétées comme des conditions d'équilibre de nature thermodynamique statistique ? Je me le demande).

Quelque-chose s'écoule, ce que j'appelle le devenir, l'instabilité, le mouvement comme on veut...
Mais, il n'y a plus de "Temps" au sens, où il n'est plus possible de percevoir un mouvement d'ensemble, un flèche, qui confèrerait au système étudié, une histoire.
Il n'est plus possible non plus de distinguer des régularités par rapport à une horloge de référence, c'est à dire un mouvement régulier, symétrique.
C'est effectivement comme cela, que j'imagine l'avant instant Zéro.
Non pas une forme de néant...Mais une forme de chaos, par nature impropre à la description.

Cordialement,

[membreComplexe12]

merci beaucoup pour toutes ces reponses,

toutefois il y a une chose que j'ai du mal à saisir:

Pourquoi la quantité caractérise la reversibilité d'un phenomaine?

une chaleur par une temperature intuitivement je ne vois pas le lien avec une quelconque reversibilité.

D'où est venu historiquement ce terme?
J'ai entendu que ca vient de la machine de carnot où on a vu que:



es ce d'ici que ca vient ?

[Thwarn]

merci beaucoup pour toutes ces reponses,

toutefois il y a une chose que j'ai du mal à saisir:

Pourquoi la quantité caractérise la reversibilité d'un phenomaine?

une chaleur par une temperature intuitivement je ne vois pas le lien avec une quelconque reversibilité.

D'où est venu historiquement ce terme?
J'ai entendu que ca vient de la machine de carnot où on a vu que:



es ce d'ici que ca vient ?

Cela vient du premier principe (dU = Q + W) et de la definition de la fonction d'état U, dU=TdS-pdV+...
En l'absence de travail mecanique (W=0) et chimique (pas de variation du nombre de particule), on a dU=Q=TdS, d'ou la relation.
Il faut quand meme faire bien attention lors de la dérivation de cette equation, sur les systemes considérés (souvent un systeme plus des thermostats).

Un tres bon bouquin celon moi est le Diu de Thermodynamique (à ne pas confondre avec le Physique Statistique), qui part d'un postulat (en gros, les 3 principes) et rederive toute la thermo. Un vrai bonheur!

[membreComplexe12]

Cela vient du premier principe (dU = Q + W) et de la definition de la fonction d'état U, dU=TdS-pdV+...
En l'absence de travail mecanique (W=0) et chimique (pas de variation du nombre de particule), on a dU=Q=TdS, d'ou la relation.
Il faut quand meme faire bien attention lors de la dérivation de cette equation, sur les systemes considérés (souvent un systeme plus des thermostats).

Un tres bon bouquin celon moi est le Diu de Thermodynamique (à ne pas confondre avec le Physique Statistique), qui part d'un postulat (en gros, les 3 principes) et rederive toute la thermo. Un vrai bonheur!

merci pour les info

mais en fait je ne comprends pas comment on arrive à poser Q=T.dS et pourquoi cette quantité là plutot qu'une autre faisant par exemple intervenir le temps...

[Thwarn]

merci pour les info

mais en fait je ne comprends pas comment on arrive à poser Q=T.dS et pourquoi cette quantité là plutot qu'une autre faisant par exemple intervenir le temps...

Le temps? T est ici la température...

Sinon, un forum n'est pas le lieu pour faire un cours de physique. Si tu as des interrogations de ce genre, je te conseille prendre un livre.

[membreComplexe12]

Le temps? T est ici la température...

Sinon, un forum n'est pas le lieu pour faire un cours de physique. Si tu as des interrogations de ce genre, je te conseille prendre un livre.

je crois que je vais prendre le livre que tu m'as cité plus haut car je ne vois pas d'où on deduit ce Q=T.dS

[gatsu]

je crois que je vais prendre le livre que tu m'as cité plus haut car je ne vois pas d'où on deduit ce Q=T.dS

Tu peux effectivement...en même temps si tu lis aussi le message de Bernard ainsi que le mien, tu auras une petite idée de la réponse.
Maintenant cela dépend aussi de quel type d'approches tu attends. Une approche moderne ou une approche historique.

[membreComplexe12]

Tu peux effectivement...en même temps si tu lis aussi le message de Bernard ainsi que le mien, tu auras une petite idée de la réponse.
Maintenant cela dépend aussi de quel type d'approches tu attends. Une approche moderne ou une approche historique.

en faite je connais plus ou moins les aspects presenté ici mais en effet c'est plus un aspect historique qui m'interesse pour essayer de comprendre d'où vient l'idée d'avoir posé Q=T.dS et d'autres petites choses comme cela....

je crois que le mieux pour avoir une reponse complete et un aspect historique est un livre de termo.

quels serez ceux que vous me conseillerez...?

[gatsu]

en faite je connais plus ou moins les aspects presenté ici mais en effet c'est plus un aspect historique qui m'interesse pour essayer de comprendre d'où vient l'idée d'avoir posé Q=T.dS et d'autres petites choses comme cela....

je crois que le mieux pour avoir une reponse complete et un aspect historique est un livre de termo.

quels serez ceux que vous me conseillerez...?

En fait si c'est l'aspect historique qui t'intéresse je te conseille de directement prendre les écrits de Carnot lui même ici. Tu ne pourras jamais faire mieux que lire le bonhomme qui a eu l'idée (pour comprendre comment il l'a eu j'entends).

[membreComplexe12]

merci beaucoup... !

[Thwarn]

en faite je connais plus ou moins les aspects presenté ici mais en effet c'est plus un aspect historique qui m'interesse pour essayer de comprendre d'où vient l'idée d'avoir posé Q=T.dS et d'autres petites choses comme cela....

je crois que le mieux pour avoir une reponse complete et un aspect historique est un livre de termo.

quels serez ceux que vous me conseillerez...?

Le livre que je citais n'a pas du tout une approche historique. A bon entendeur...

[membreComplexe12]

Le livre que je citais n'a pas du tout une approche historique. A bon entendeur...

d'accord, merci pour l'info