La deuxième loi de la thermodynamique traite du transfert d'énergie thermique. Cela signifie qu'il indique des échanges de chaleur qui tendent à égaliser différentes températures (équilibre thermique), ce qui se produit spontanément.
Ses principes sont :
- La chaleur est transférée spontanément du corps à haute température vers celui à basse température.
- Chaque processus a une perte car son rendement est toujours inférieur à 100 %.
Elle s'exprime par la formule suivante :
Où,
η: Rendement
QLES: chaleur fournie par le chauffage
QB: chaleur non transformée en travail
Cette loi a été établie à partir des études de Sadi Carnot (1796-1832). Encouragé par la révolution industrielle, le physicien français étudia la possibilité d'augmenter l'efficacité des machines.
Analyser le Machines thermiques, Carnot a constaté qu'ils étaient plus efficaces lorsqu'il y avait un transfert de chaleur de la température la plus élevée à la température la plus basse. Cela se produit toujours dans cet ordre, après tout, le transfert d'énergie thermique est un processus irréversible.
Cela signifie que le travail dépend du transfert d'énergie thermique, sachant qu'il n'est pas possible de transformer toute la chaleur en travail.
C'est sur les idées de Carnot que Clausius et Kelvin ont fondé leurs études sur la thermodynamique.
La deuxième loi de la thermodynamique est liée au concept de entropie. il complète le Première loi de la thermodynamique, qui repose sur le principe de la conservation de l'énergie.
Cycle Carnot
Pour que l'énergie ne soit pas toujours croissante (imaginons dans le cas d'une machine), il faut qu'à un moment donné elle revienne à son état initial et relance le processus. Le processus est donc cyclique.
Alors qu'une partie fonctionne à des températures plus élevées, l'autre partie fonctionne à des températures plus basses. Ceci est possible selon la deuxième loi de la thermodynamique.
Le cycle, dans le sens des aiguilles d'une montre, absorbe de la chaleur. C'est le cas des moteurs. Le cycle, dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, perd de la chaleur. C'est le cas des réfrigérateurs.
En apprendre davantage sur Cycle Carnot.
Lire aussi Thermodynamique et Formules de physique.
Exercices résolus
1. (UFAL-AL) Analysez les propositions suivantes :
( ) La machine thermique est un système qui effectue une transformation cyclique: après avoir subi une série de transformations, elle revient à son état initial.
( ) Il est impossible de construire un moteur thermique qui transforme entièrement la chaleur en travail.
( ) La chaleur est une forme d'énergie qui se transfère spontanément du corps à température plus élevée vers celui à température plus basse.
( ) Il est impossible de construire une machine thermique plus efficace que la Machine Carnot, fonctionnant entre les mêmes températures.
( ) Lorsqu'un gaz reçoit 400 J de chaleur et effectue un travail de 250 J, son énergie interne augmente de 150 J.
Toutes les propositions sont vraies.
2. (CEFET-PR) Le 2ème principe de la Thermodynamique peut s'énoncer ainsi: « Il est impossible de construire une machine thermique fonctionnant par cycles, dont le seul effet est d'évacuer la chaleur d'une source et de la convertir entièrement en travail."
Par extension, ce principe nous amène à conclure que :
a) il est toujours possible de construire des machines thermiques dont le rendement est de 100 % ;
b) toute machine thermique n'a besoin que d'une source chaude ;
c) la chaleur et le travail ne sont pas des quantités homogènes ;
d) tout moteur thermique prélève la chaleur d'une source chaude et rejette une partie de cette chaleur vers une source froide ;
e) seulement avec une source froide, toujours maintenue à 0°C, il serait possible pour un certain moteur thermique de convertir entièrement la chaleur en travail.
Alternative d: tout moteur thermique prélève la chaleur d'une source chaude et rejette une partie de cette chaleur vers une source froide ;
3. (ENEM-MEC) La réfrigération et la congélation des aliments sont responsables d'une part importante de la consommation d'énergie électrique dans une résidence type.
Pour réduire les pertes thermiques d'un réfrigérateur, quelques précautions de fonctionnement peuvent être prises :
JE. Répartissez les aliments sur les étagères en laissant des espaces vides entre elles, afin que l'air froid puisse circuler vers le bas et l'air chaud vers le haut.
II. Gardez les parois du congélateur avec une couche de glace très épaisse, de sorte que l'augmentation de la masse de glace augmente l'échange de chaleur dans le congélateur
III. Nettoyez périodiquement le radiateur (« grille » à l'arrière) afin que la graisse et la poussière qui s'y déposent ne réduisent pas le transfert de chaleur vers l'environnement.
Pour un réfrigérateur traditionnel, il est correct d'indiquer seulement,
a) opération I
b) opération II.
c) les opérations I et II.
d) les opérations I et III.
e) les opérations II et III.
Variante d: opérations I et III.
Voir aussi: Exercices sur la thermodynamique
