Entropie et réaction favorable

[inviteaee28e77]

Bonjour,

J'ai un petit problème sur ce point :

Il me semble que :
L'entropie augmente quand le désordre augmente. Ainsi, lors du passage de solide à gaz de la matière, par exemple, la variation d'entropie est positive puisque le solide est plus ordonné que le gaz. Or la variation d'entropie augmente quand on apporte une quantité de chaleur au système, donc de l'énergie. Alors j'en déduis que la réaction qui fait que l'on passe du système ordonné à un qui l'est moins est une réaction défavorable puisqu'il faut apporter de l'énergie!

Pourtant, j'apprends en cours que :
l'entropie, donc le désordre, de l'univers augmente au cours de toute transformation spontanée, donc énergétiquement favorable.

Or mon premier raisonnement dit le contraire! Et je ne comprends plus rien du tout.

Quelqu'un verrait-il l'erreur dans mon raisonnement?

Merci mille fois à celui ou celle qui pourra m'éclairer!
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[mach3]

Pour un système isolé, les transformations spontanées sont celles qui augmentent l'entropie du système, mais ça ne reste pas vrai quand le système n'est plus isolé.

En règle générale, on considère un potentiel thermodynamique du système dont la diminution sera témoin de l'augmentation globale (système+environnement extérieur) de l'entropie, ainsi même des transformations faisant baisser l'entropie d'un système peuvent être spontanées, du moment que l'entropie de l'environnement augmente plus que cette baisse (en général de la chaleur transférée du système à son environnement).

Les potentiels thermodynamiques les plus courants sont:
l'énergie interne (pour un système à volume et entropie constants)
l'enthalpie (pour un système à pression et entropie constantes)
l'énergie libre de Helmoltz (volume/temperature constants)
l'enthalpie libre de Gibbs (pression/température constantes, la préférée des chimistes)

m@ch3

[invite7ce6aa19]

Bonjour,

J'ai un petit problème sur ce point :

Il me semble que :
L'entropie augmente quand le désordre augmente. Ainsi, lors du passage de solide à gaz de la matière, par exemple, la variation d'entropie est positive puisque le solide est plus ordonné que le gaz. Or la variation d'entropie augmente quand on apporte une quantité de chaleur au système, donc de l'énergie. Alors j'en déduis que la réaction qui fait que l'on passe du système ordonné à un qui l'est moins est une réaction défavorable puisqu'il faut apporter de l'énergie!

Pourtant, j'apprends en cours que :
l'entropie, donc le désordre, de l'univers augmente au cours de toute transformation spontanée, donc énergétiquement favorable.

Or mon premier raisonnement dit le contraire! Et je ne comprends plus rien du tout.

Quelqu'un verrait-il l'erreur dans mon raisonnement?

Merci mille fois à celui ou celle qui pourra m'éclairer!

Bonjour,

L'erreur de raisonnement vient du fait que tu n'as pas compris la philosophie de la Thermodynamique.


D'abord il faut éviter de parler de désordre quand on fait de la thermodynamique classique, car c'est un piège sémantique.

L'origine de la thermodynamique vient du constat expérimental que l'on ne peut prendre une quantité Q de chaleur à de l'eau chaude et de transformer cette chaleur en un travail mécanique cad faire:

W = Q qui pourtant respecte le principe de conservation de l'énergie.

Ce genre de constat expérimental a été traduit en mathématiques en inventant une nouvelle fonction que l'on appelle entropie et qui est une grandeur extensive comme l'énergie.


Cela veut dire que si l'on a un système composé de plusieurs parties:

A1, A2, ......An


On aura toujours


E = E1(t) + E2(t) +................En(t) = constante

quelque soit t bien que il y a des échanges d'énergie entre les parties

Par contre on aura une augmentation de l'entropie de l'ensemble en fonction du temps cad:

S(tn) >............. > S(3) > S(t2) > S(t1) > S(t0)

où S(t0) est l'entropie à l'instant t0 et les autres temps étant des temps ultérieurs. L'augmentation d'entropie tende vers une valeur constante Sf (f comme final) qui correspond à l'équilibre thermodynamique de l'ensemble.

En résumé l'énergie est conservée alors que l'entropie augmente.

En thermodynamique on s'intéresse a une seule partie du tout. les n-1 autres parties sont à "l'extérieur" et appelé conventionnellement univers.


Un exemple simple:

Soit une partie en contact avec un thermostat. Un thermostat est une idéalisation d'un système qui reste toujours à l'équilibre qu'on lui donne de la chaleur ou que on lui prenne de la chaleur.

Dans ce cas la variation élémentaire d'entropie du thermostat sera:

dS = dQ/T

qui a donc le signe de dQ.


Si le thermostat perd une quantité dQ le système gagne une quantité dQ.

On peut montrer que la variation d'entropie du système s'écrit:

dS = dSi + dQ/T


qui exprimée dans le temps s'écrit:

dS/dt = dSi/dt + 1/T.dQ/dt


dQ/dt est le flux de chaleur reçue par le corps (qui peut avoir n'importe quel signe)

dSi/dt est la création d'entropie dans le système avec la propriété importante:

dSi/dt > 0 quelque soit le signe de l'échange de chaleur.


On peut montrer que si la transformation est suffisamment lente (on dit quasi-statique) alors:

dSi/dt << 1/T |dQ/dt |

On peut donc écrire:

dS/dt = 1/T.dQ/dt

La variation d'entropie du système correspond à la perte d'entropie du thermostat.

Conclusion:

Dans la limite où on peut négliger les créations d'entropie, cad lorsque les échanges d'énergie sont lents alors dans cette limite l'entropie est conservée et les échanges sont réversibles.


Dans les cours élementaires de thermodynamique on néglige systématiquement la production d'entropie.


Voilà les principes fondamentaux de la thermodynamique. Tout le reste découle de ces principes.

On peut résumer les choses ainsi:


Pour un système placé dans un univers on a:

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Premier principe.

dE = dQ + tous les énergies autres que la chaleur (mécanique, électrique,....).


Deuxième principe:


dS = dSi + dQ/T


dQ = chaleur échangée.

dSi = production interne d'entropie.

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