Postulat de Clausius et de Kelvin

[Rachilou]

Bonjour,

J'ai relevé sur des pages ( futura-science.com)
https://www.futura-sciences.com/scie...clausius-4950/
https://www.futura-sciences.com/scie...t-kelvin-4948/


Postulat de Clausius :
"Une transformation thermodynamique dont le seul résultat final serait de transférer de la chaleur d'un corps à une température donnée à un corps à une température plus élevée est impossible".


Postulat de Kelvin :
"Une transformation thermodynamique dont le seul résultat final serait de transformer en travail de la chaleur extraite d'une source à température uniforme est impossible".


Le postulat de Clausius stipule tout simplement que la chaleur ne s'écoule spontanément que du corps le plus chaud vers le corps le plus froid sauf si on agit de l'extérieur par un apport de travail mécanique ( comme dans le cycle inverse avec un récepteur).
Pour Clausius, mettre une machine quelconque (associée à un convertisseur d'énergie alternateur et résistance électrique etc.) qui puise sa chaleur dans une source S1 de t° donnée pour la donner à une source S2 plus chaude de telle sorte que la dite machine tourne indépendamment (en système isolé : sauf avec les sources S1 et S2 et aussi les convertisseurs d'énergie), c'est comme si on en faisait passer directement de l'énergie du plus froid à un corps plus chaud.


Le postulat de Kelvin stipule tout simplement que sur l'efficacité d'une machine de Carnot si T(c) = T(f) alors le travail est nul. Il faut deux sources de T° différentes pour avoir un travail net aussi petit soit-il. Donc, une machine monotherme serait une machine perpétuelle du 2e ordre.


Tous deux font allusion à une "transformation thermodynamique" .
Mais pourquoi se limiter à une transformation thermodynamique qui ne fait que reprendre le processus des machines dithermes travaillant avec des fluides.
On a l 'impression que c'est la technologie des machines dithermes avec leurs transformations thermodynamiques qui imposent des principes physiques de la nature.

Considérons une machine qui échange de l'énergie solaire (source S1) directement par la production d'électricité (cellules photovoltaïques). Avec cet électricité il est possible de chauffer une source aussi chaude qu'on veut, si on dispose de la technologie. De ce fait, j'ai fait passer l'énergie d'une source S1 plus froide vers une source S2 plus chaude.
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[albanxiii]

Bonjour,

Je ne vois pas de question dans votre message.... mais je vois une belle amorce de mouvement perpétuel.

Par ailleurs, Clausius et Kelvin se sont surement cassé la tête pour trouver ces formulations, ça n'est probablement pas pour que vous étaliez votre incompréhension.

[mach3]

Considérons une machine qui échange de l'énergie solaire (source S1) directement par la production d'électricité (cellules photovoltaïques). Avec cet électricité il est possible de chauffer une source aussi chaude qu'on veut, si on dispose de la technologie. De ce fait, j'ai fait passer l'énergie d'une source S1 plus froide vers une source S2 plus chaude.

Il n'y a pas que deux sources dans cet exemple, mais au moins trois. Le soleil, l'objet qu'on veut chauffer à une température plus élevé que le soleil, et...

m@ch3

[Rachilou]

Merci Mach pour essayer de faire de la pédagogie avec moi.

Il y a peut-être plus de 2 sources que je peux facilement admettre.
Si c 'est le cas, merci de bien vouloir éclairer ma lanterne.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Salut,

Il y a peut-être plus de 2 sources que je peux facilement admettre.
Si c 'est le cas, merci de bien vouloir éclairer ma lanterne.

Il l'a fait : il y a trois sources S1, S2 et le soleil.

Une autre manière de voir est de ne considérer que S1 et S2 et le travail électrique fournit. Dans ce cas on peut (évidemment) transférer de la chaleur d'une source froide à une source chaude. C'est ce que font tous les frigos du monde et autre surgélateurs. De ce point de vue, la formulation de Kelvin est plus clair puisqu'il parle du travail. Mais la formulation de Celsius reste correcte puisqu'il dit le seul résultat final [serait de transférer de la chaleur], donc sans transfert de travail (de l'énergie électrique dans ton cas).

Autre chose.

Mais pourquoi se limiter à une transformation thermodynamique qui ne fait que reprendre le processus des machines dithermes travaillant avec des fluides.

Il n'y a pas nécessairement des fluides. Ca peut être du "tout solide". Mais pourquoi ditherme ? Car un postulat se doit toujours d'être le plus simple possible (plus facile à établir, à vérifier, à formuler mathématiquement, en particulier la formulation de ce postulat est assez simple : https://fr.wikipedia.org/wiki/Deuxi%...%A8me_principe )

Et une fois que tu l'a pour deux sources tu peux l'utiliser pour 3 sources, 4 sources,... C'est juste plus de calcul.

C'est souvent comme ça : la formulation de l'attraction gravitationnelle de Newton concerne DEUX corps et ensuite on l'utilise pour autant de corps qu'on veut (en mécanique céleste, dans les calculs de trajectoires des sondes spatiales...)
La loi de Coulomb de l'électrostatique concerne DEUX charges, puis on l'utilise pour N charges.

[Rachilou]

Il l'a fait : il y a trois sources S1, S2 et le soleil.

Une autre manière de voir est de ne considérer que S1 et S2 et le travail électrique fournit.

Si j 'ai bien compris :
Tu vois le soleil donc comme la source d'énergie susceptible de faire fonctionner un moteur électrique par l'entremise de panneau solaire pour un cycle récepteur (frigo).



Je voyais le soleil comme S1 (Sf) et un plasma S2 ( Sc) très chaud.
Entre tout ça que des récepteurs formant une machine ( panneau solaire - des transformateurs -etc. jusqu'à un tokamak).
La machine ne pouvant être qu'alimentée par S1.

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[gts2]

Bonjour,

Une piste pour trouver la troisième source : où passe l'énergie solaire reçue par le panneau qui ne se transforme pas en énergie électrique.

[Rachilou]

Bonjour,


Dans l'effet joule et perte dans l'environnement.
J'y ai pensé mais pas tenu compte dans un cycle récepteur.

[Deedee81]

Salut,

mais pas tenu compte dans un cycle récepteur.

C'est un tort. Faut tenir compte de tout (puisque l'énergie solaire intervient dans le processus). J'ai donné les deux alternatives. Si tu simplifies trop : tu commets une erreur (c'est même la source la plus fréquente en expérimentation : négliger quelque chose qu'il ne fallait pas négliger)

[mach3]

Formellement, le postulat de Clausius veut simplement dire que l'entropie est au mieux conservée et au pire augmentée.

Un système qui reçoit de la chaleur Q à une température T1 reçoit une entropie Q/T1. S'il cède l'intégralité de cette chaleur à un source de température T2, il perd une entropie Q/T2, forcément au moins égale à Q/T1 (à moins qu'il ne stocke cette entropie, ce qui implique une transformation de ce système, or le seul résultat doit être le passage de toute la chaleur de T1 à T2), sinon ça signifie qu'il y a moins d'entropie qu'avant. Pour que ce soit le cas, on doit avoir T2<T1.

Néanmoins prendre de la chaleur à une source de température T1 et la donner à une source de température T2 n'est pas impossible à condition de ne pas faire que ça.

Par exemple une partie de la chaleur reçue à T1 n'est pas cédée à la source de température T2 mais à une source de température T3 (ce sont les pertes thermiques vers l'environnement), telle que Q/T1 = Q2/T2+Q3/T3 (ou Q1/T1 < Q2/T2+Q3/T3 ) avec Q=Q2+Q3 et T2>T1.

Autre exemple, le système reçoit un travail W en plus de la chaleur Q, ce qui lui permet de fournir une chaleur plus importante W+Q à la source de température T2, ainsi on peut avoir Q/T1 = (Q+W)/T2 (ou Q/T1 < (Q+W)/T2) avec T2>T1. C'est le principe d'un frigo ou d'une clim.

Tout autre situation intermédiaire entre ces deux exemples est valide (apport de travail + perte) pour amener de la chaleur d'une source froide vers une source chaude, mais ne se limite donc pas à ce transfert de chaleur.
On pourrait très bien imaginer un dispositif qui va ponctuellement transférer de la chaleur entre une source froide et une source chaude, sans transfert vers une 3e source, ni travail venant de l'extérieur, mais de cela il résulterait une transformation du dispositif qui ne pourrait donc pas être utilisé plusieurs fois de suite mais devrait être ramené à son état initial avant une nouvelle utilisation (ce qui impliquerait d'en faire sortir l'entropie stockée).

Le postulat de Kelvin implique la même chose.

Si un système reçoit une chaleur Q d'une source de température T, il reçoit une entropie Q/T. S'il cède ensuite un travail W=Q, l'entropie qu'il a reçue n'est pas cédée, le système devrait la stocker, donc se transformer, or le seul résultat doit être la transformation de la chaleur en travail.
On pourrait très bien imaginer un dispositif qui va ponctuellement transformer une chaleur en travail mais de cela il résulterait une transformation du dispositif qui ne pourrait donc pas être utilisé plusieurs fois de suite mais devrait être ramené à son état initial avant une nouvelle utilisation (ce qui impliquerait d'en faire sortir l'entropie stockée).

L'implication dans le cadre des machines thermiques, qui fonctionnent sur des cycles (elles repassent périodiquement par des états identiques) est donc qu'une machine thermique ne peut pas transformer intégralement la chaleur en travail et ne peut pas transférer intégralement la chaleur d'une source froide vers une source chaude. Elle peuvent faire cela durant une étape du cycle, durant laquelle elles stockeront de l'entropie, mais une autre étape du cycle sera d'évacuer cette entropie stockée (la variation d'entropie du système devant être nulle sur le cycle sans quoi on ne repasse pas par des états identiques).

m@ch3

[Deedee81]

à condition de ne pas faire que ça.

Et de ne pas l'ignorer !!!! Merci de ces explications très complémentaires.