Paradoxe sur le second principe de la thermo...

[invitedd5c5b65]

Bonjour,

Dans le cadre de mon TIPE, je suis tombée sur un article sur les gaz granulaire (ne partez pas si vous n'y connaissez rien, ma question porte simplement sur le second principe de la thermodynamique ^^)

Je résume donc l'article en quelques mots. Il compare grains de sable vibrés et gaz:
Quand des grains de sable sont agités, ils se comportent comme un gaz (même mouvement aléatoire, etc..)
On définit alors la température granulaire, qui n'a aucun lien avec la température en °C: elle mesure l'agitation des grains de sable, comme la température en °C mesure en fait celle des molécules de gaz.
L'article présente ensuite une expérience:


''Dispositif expérimental : boîte divisée en deux compartiments communiquant par une ouverture Cette boîte contient desbilles qui peuvent éventuellement passer d'un compartiment à l'autre. Si on soumet le récipient à une agitation très forte, les billes forment un « gaz granulaire » qui se répartit
symétriquement dans les deux

Si on diminue lentement l'agitation, la situation reste symétrique jusqu'à
un seuil critique en dessous duquel la symétrie se brise spontanément entre les deux
compartiments. L'un des deux devient plus peuplé, la dissymétrie augmentant encore si
l'on abaisse l'amplitude d'agitation.

Dans le compartiment le plus peuplé, les billes
subissent plus de collisions, dissipent plus d'énergie d'où une énergie cinétique moyenne
plus faible.
En identifiant énergie cinétique moyenne des billes et « température », par
analogie avec les gaz moléculaires (cf. plus bas), on obtient ainsi un compartiment plus
dense et plus « froid », en contact avec un compartiment plus dilué et plus « chaud ».

En identifiant énergie cinétique moyenne des billes et « température », par
analogie avec les gaz moléculaires (cf. plus bas), on obtient ainsi un compartiment plus
dense et plus « froid », en contact avec un compartiment plus dilué et plus « chaud ». Ce
résultat explique que le nom « démon de Maxwell » soit souvent donné à ce type
d'expériences [4]. Le second principe de la thermodynamique n'est toutefois pas remis en
question ! Contrairement aux molécules que Maxwell avait en tête, les grains sont ici de
taille macroscopique et absorbent ou dissipent de l'énergie.
"""

Je ne comprend pas le passage en gras de l'article: en quoi les observations semblent s'opposer au second principe au premier abord?????

Merci =)
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[mach3]

Je ne comprend pas le passage en gras de l'article: en quoi les observations semblent s'opposer au second principe au premier abord?????

Le second principe interdit à la chaleur de passer spontanément (sans apport extérieur) d'un système froid vers un système chaud. Quand on met en contact 2 objets à 2 température différente, l'objet le plus chaud se refroidit en transmettant de la chaleur à celui qui est plus froid, ce dernier se réchauffant, jusqu'à équilibre thermique. On n'observe jamais le contraire, à savoir 2 objets de même température au départ et dont l'un se réchauffe spontanément, sans apport autre que la chaleur de l'autre qui va donc se refroidir.
En corolaire, on peut réussir à prélever une certaine quantité de travail sur le flux de chaleur va spontanément d'un objet chaud à un objet froid (moteur), mais cette quantité est strictement limitée, ou inversement on peut rechauffer un objet en prelevant la chaleur d'un autre objet plus froid moyennant la fourniture d'un travail conséquent (machine frigorifique ou pompe à chaleur).

m@ch3

[invitedd5c5b65]

Parfait, merci!!!

[invitedd5c5b65]

Une autre question sur le même sujet:
En partant de l'idée de température granulaire, on arrive à expliquer le phenomene de convection granulaire: quand on vibre une boite de sable, on observe le meme mouvement (remontée par le milieu de la boite, redescente sur le coté) que dans le cas d'une liquide sur le feu.
On en revient donc à la comparaison entre l'agitation (mécanique dans le cas des grains de sable) et thermique.

(extrait d'un article: """Près de la paroi rugueuse, le cissaillement est fort,et les grains sont donc très agités en raison des collisions avec la rugosité.
Cela signifie que la température granulaire proche de la paroi augmente. Une augmentation de la température signifie, comme pour un gaz moléculaire,
une diminution de la densité. Le milieu peut alors se retrouver dans un état où une couche peu dense près de la paroi est surmontée par une couche dense
qui est une situation instable donnant lieu à l'apparition de rouleaux. Cette instabilité est analogue à la formation de rouleaux de convection observés
lorsque l'on chauffe un fluide par le bas (instabilité de Rayleigh-Bénard). )

"""


Or, on observe dans le cas des matériaux granulaires un phénomène d'hystérésis: on monte l'amplitude, le mouvement de convection démarre disons à 10V, on la redescend, il s'arrete a 9V.

J'ai besoin de me remettre les idées au clair:
-comparaison avec un liquide et un thermostat: Ya t il ou non phénomène d'hystérésis dans le cas d'une convection thermique d'après vous?
Je parle d'un phénomène d'hystérésis par rapport à la température imposée: style on monte la température du thermostat, la convection commence à 100 degré, on la descend, elle continue jusqua 98 degré.
-et comment expliquer le phénomène pour les grains de sable? J'imagine (mais j'ai eu l'intelligence de ne pas vérifier quand je faisais mes expériences ^^) que le phénomène s'autoentretient un certain temps mais s'arrête au bout d'un moment à cause de la dissipation d'énergie... Mais j'ai peut être tord?

Bref, comment voyez vous la chose?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitef17c7c8d]

La température comme l'a décrit Boltzmann n'existe que si le système est à l'équilibre thermodynamique ou dit autrement que si l'entropie est maximale.
En dehors de cet état ou de macroétat, la température n'existe pas!

Par conséquent, on voit clairement que l'entropie est un concept supérieur à celui de température. Car l'entropie existe quelquesoit l'état d'un système.
Cette idée a longtemps tourmenté Planck qui par conséquent refusait de croire à la théorie "statistique" de Boltzmann.

Donc l'interprétation de l'expérience ne doit pas se faire en fonction d'un paramètre "température" mais plutôt suivant un paramètre "entropie"

En diminuant la vibration, on diminue l'entropie ou le désordre ou l'ergodicité du système. Cela se traduit aussi par une brisure de symétrie.