Vide thermisé par rayonnement ??

[invite29b01b8a]

Bonsoir
Si l'on représente un système par une boule dans l'espace munie d'un bord, on peut se dire que son isolement est équivalent au fait que son complémentaire soit vide. La maximisation de l'entropie entraîne que son volume augmente indéfiniment, car l'énergie interne se conserve (bien que le volume augmente, il me semble que le travail reste nul)
Maintenant, si je veux représenter un système isolé mécaniquement, mais en contact avec un thermostat, je voudrais toujours me dire qu'il y a le vide autour afin de garantir la nullité du travail. Mais comment imaginer un bain thermique dans ces conditions ? Le rayonnement électromagnétique pourrait-il jouer ce rôle ?
Si oui, cela voudrait dire qu'une masse de gaz dans le vide thermisé par rayonnement, atteindrait un état minimisant l'énergie libre de Helmholtz (F), a priori bien défini : autrement dit, que le rayonnement empêcherait la dilatation infinie.
Qu'en pensez vous ?
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[invited9d78a37]

Bonsoir
Si l'on représente un système par une boule dans l'espace munie d'un bord, on peut se dire que son isolement est équivalent au fait que son complémentaire soit vide. La maximisation de l'entropie entraîne que son volume augmente indéfiniment

En suivant votre description, la transformation que vous décrivez est une détente irréversible de Joule-Gay-Lussac d'un volume initial dans un espace censé infini. Elle est bien iso-énergétique, et si le fluide est un gaz parfait, elle est isotherme. D'ailleurs du point de vue thermodynamique, l'augmentation de l'entropie totale est une conséquence et non une cause de la détente.

Cependant il existe quelques problèmes liés à l'utilisation de la thermodynamique pour ce type de transformation

- le système n'atteint jamais un équilibre final pour un volume final infini, ce qui est un cas limite de la thermodynamique, qui ne décrit que les transformations entre deux équilibres. On peut alors supposer que le système passe par des successions d'état en équilibre, mais il n'existe aucun fondement à cette hypothèse dans le cas d'une détente dans le vide. Il faut alors utiliser la physique statistique des processus hors-équilibres pour avoir des résultats quantitatifs pour des grandeurs comme la densité volumique ou la température.

- On peut alors décrire ce processus avec les outils des processus hors-équilibre, avec des équations comme celle de Boltzmann. Or la densité locale volumique décroit continuellement. Dans la limite de dilution très importante, la densité de probabilité n'est plus définie et on ne peut pas utiliser les équations du type Boltzmann.

Une autre manière de voir cette propriété est que l'hypothèse d'ergodicité n'est plus valide pour un gaz extrêmement dilué. En effet, la physique statistique traite des ensembles statistiques alors que nous nous intéressons à l'évolution temporelle du système. Or dans un système extrêmement dilué, les particules, dont le nombre est faible, dans les sous-ensembles locaux n'explorent pas tous les micro-états accessibles ou alors sur des temps trop longs par rapport aux temps d'évolution du système. L'approche statistique n'est plus justifiée.

La thermodynamique ainsi que la physique statistique hors équilibres ne peuvent décrire la dynamique des gaz extrêmement dilués.

Maintenant, si je veux représenter un système isolé mécaniquement, mais en contact avec un thermostat, je voudrais toujours me dire qu'il y a le vide autour afin de garantir la nullité du travail. Mais comment imaginer un bain thermique dans ces conditions ? Le rayonnement électromagnétique pourrait-il jouer ce rôle ?

Si oui, cela voudrait dire qu'une masse de gaz dans le vide thermisé par rayonnement, atteindrait un état minimisant l'énergie libre de Helmholtz (F), a priori bien défini : autrement dit, que le rayonnement empêcherait la dilatation infinie.
Qu'en pensez vous ?

vous voulez refroidir le gaz pour éviter la dilatation? Je ne pense pas qu'on puisse empêcher une détente dans le vide en refroidissant ou chauffant un gaz.

Une moyen d'éviter la détente est d'utiliser une force attractive, comme la gravité. Il faut alors que l'énergie cinétique moyenne par particule, relative à la température, soit par exemple faible par rapport à l'énergie potentielle de gravité. Pour avoir un ordre de grandeur il faut que soit plus faible que avec la distance moyenne entre les particules, de l'ordre de avec V le volume total et N le nombre de particules. Dans ce cas, on parle de système auto-gravitant.

[invite29b01b8a]

Merci pour cette réponse !
Pour ma question relative au refroidissement pour éviter la dilatation : oui je suis d'accord avec toi. Le problème de mon raisonnement viendrait de ce que l'énergie libre pourrait bien décroître, mais pas atteindre de minimum étant donné l'impossibilité d'atteindre un état d'équilibre.